Né à Nagoya en 1975, Atsushi Sakai étudie le violoncelle avec Harvey Shapiro et obtient un premier prix à l'unanimité, premier nommé avec le Prix Jean Brizard au Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris dans la classe de Philippe Muller. Il débute sa carrière comme continuiste au sein d'ensembles baroques, tels Les Talens Lyriques ou Le Concert d'Astrée, avec lesquels il réalise un grand nombre de concerts et d'enregistrements.
Encouragé vivement par Diego Masson, Atsushi Sakai décide de se consacrer à la direction d’orchestre. Pendant plusieurs années, il est chef assistant pour des productions d'opéra au Théâtre des Champs-Élysées ou encore au Festival International d'Art Lyrique d'Aix-en-Provence, avec des orchestres tels que la Camerata Salzbourg, l'Orchestre Symphonique de Madrid et le Cercle de l'Harmonie. En 2010, il dirige la production de « l'Amant Jaloux »de Gretry à l'Opéra Comique. Plus récemment, il est invité à diriger « Actéon » de Charpentier à l'Opéra de Lille et à l'Opéra de Dijon. Depuis 2006, il collabore régulièrement avec l'Orchestre Français des Jeunes.
Passionné très tôt par la musique contemporaine, il suit des stages à l'IRCAM, notamment pendant l'été 1997 avec Magnus Lindberg et Ivan Fedele. Il est invité dans de nombreux festivals en France, aux États-Unis et au Japon pour interpréter la sonate pour violoncelle seul de B.A. Zimmermann et son disque consacré aux œuvres de T. Takemitsu est salué par la critique (Diapason). Depuis 2013, il travaille en étroite relation avec Bernard Cavanna en interprétant et en enregistrant ses œuvres. En 2015, il crée son concerto « Double-Eco » pour violon, violoncelle et ensemble amplifié de 27 musiciens. Comme violiste de gambe, il collabore avec George Benjamin et Alexander Goehr depuis leurs rencontres en 2013, lors de la résidence des deux compositeurs durant le Festival Messiaen au Pays de la Meije. Très actif également dans le milieu du jazz en tant qu'improvisateur, il se produit régulièrement avec Christophe Monniot, David Chevallier et Guillaume Roy. Depuis 2011, il est membre du Quatuor IXI, dont le dernier disque « Temps Suspendus » reçoit en 2015 un Choc du Jazz Magazine.