Formé au cours Simon, Alain Doutey se partage entre cinéma, télévision et théâtre, essentiellement dans des seconds rôles. À la scène, il collabore avec Jean-Laurent Cochet, André Roussin, Stéphan Meldegg, Jean-Luc Moreau, Daniel Auteuil… Il dispose en outre d’un capital sympathie qui séduit les téléspectateurs dans de nombreuses productions, d’Au théâtre ce soir à la série Kaamelott, en passant par la mini-série Les cœurs brûlés.
Il débute au cinéma en 1967 et ne cesse de tourner depuis cette date. Alain Doutey est Carlier « le p’tit » dans Mais où est donc passée la septième compagnie ? (1973) de Robert Lamoureux, le marié dans Cousin, cousine de Jean-Charles Tacchella, et l’un des inspecteurs de police dans Le carapate (1978) de Gérard Oury.
Dans les années 80, on le retrouve en directeur de banque dans Deux lions au soleil (1980) de Claude Faraldo, portier dans Frantic (1988) de Roman Polanski, commissaire dans Quelques jours avec moi (1988) de Claude Sautet, ou chevalier dans Sans peur et sans reproche (1988) de Gérard Jugnot.
Toujours actif à la décennie suivante, Alain Doutey incarne un médecin dans Fiesta (1995) de Pierre Boutron, un promoteur immobilier dans Les Bidochon (1996) de Serge Korber, ou un patient dans Le derrière (1999) de Valérie Lemercier. On le revoit en prêtre dans Au secours, j’ai 30 ans ! (2004) de Marie-Anne Chazel, éditeur dans Odette Toutemonde (2006) d’Éric-Emmanuel Schmitt, ou président de tribunal dans Mesrine (2008) de Jean-François Richet.
Il tourne encore une dizaine de films par la suite, avec une prédilection pour les comédies, comme Les Tuche (2011) d’Oliver Baroux ou Raid dingue (2016) de Dany Boon. Alain Doutey a par ailleurs eu une activité de doublage, prêtant notamment sa voix à Clint Eastwood. Il est l’époux de la comédienne Arièle Semenoff et le père de l’actrice Mélanie Doutey.
