1994’te Orta Doğu Teknik Üniversitesi’nde uluslararası ilişkiler eğitimini tamamlamış, daha sonra 1997’de Bilkent Üniversitesi’nde Halil İnalcık’ın öğrencisi olarak Osmanlı tarihi üzerine yaptığı yüksek lisans derecesini tamamlamıştır. 1996 ile 1998 arasında McGill Üniversitesi’nde dersler almıştır. 2008’de doktora tezini Cemal Kafadar danışmanlığında Harvard Üniversitesi’nde yazmıştır. Özellikle Osmanlı İmparatorluğu ve Modern Türkiye tarihi konusunda araştırmalar yapmaktadır.
Yaptığı araştırmalar, Osmanlı İmparatorluğunda Balkanlar ve Orta Doğu’daki ekonomik, siyasi ve yasal kurum ve uygulamaların yanı sıra sosyal ve kültürel yaşam üzerine odaklanmaktadır. Ali Yaycıoğlu, çalışmalarını halen Stanford Üniversitesi Tarih Bölümü’nde sürdürmektedir. Her pazar Oksijen gazetesinde Osmanlı ve Modern Türkiye hakkında köşe yazısı yazmaktadır. Doktora tezi Partners of the Empire başlığıyla 2016 yılında yayımlandı.