1971 yılında Çorum'da doğdu. Çorum İnönü İlköğretim Okulu, Taşköprü Lisesi ve Çorum Atatürk Lisesi'nde okuduktan sonra 1995 yılında Boğaziçi Üniversitesi Tarih bölümünden mezun oldu. 2002 yılında Gazi Üniversitesi'nde yüksek lisans ve 2006 yılında yine aynı üniversitede ortaçağ tarihi sahasında doktora derecelerini aldı. 2010 yılında doçentlik, 2016 yılında profesörlük sanını aldı. Halen Ege Üniversitesi'nde öğretim üyesidir. Bilimsel çalışmalarının yanında örgütçülüğü ile de Türk bilim ve kültürüne büyük hizmetlerde bulundu. Türkiye'nin ilk düşünce kuruluşu olan Avrasya Stratejik Araştırmalar Merkezi'nin (ASAM) kuruluşunda yer aldı be Balkan Masası başkanı olarak çalıştı. Dünyadaki en büyük Türk tarihi projesi olan Türkler'i yöneterek, toplam 37 ciltlik dev Türk tarihinin ortaya çıkışında büyük katkı yaptı. Bu çerçevede İngilizcedeki en büyük Türk tarihi olan The Turks'ün editörlüğünde bulundu. Ardından KaraM'ı (Karadeniz Araştırmaları Merkezi) kurdu ve Türkiye'nin ilk bölgesel akademik dergisi olan Karadeniz Araştırmaları'nı yayınlamaya başladı. Bu arada türünde dünyada ilk olan Balkanlar El Kitabı ve Doğu Avrupa Türk Tarihi adlı büyük çalışmaların editörlüğünde bulundu. Türkiye'nin en çok dil bilen tarihçisi olarak tanınan Karatay'ın 140'ın üzerinde makale ve bildirisi vardır.
Ba'de Harab'il-Bosna (1997), Kosova Kanlı Ova (1998), Balkanların Gülen Çehresi (1999), Hırvat Ulusunun Oluşumu. Erken Ortaçağ'da Türk-Hırvat İlişkileri (iki baskı: 2000, 2016), The Turks, 6 cilt, editör, H. C. Güzel ve C. C. Oğuz ile, (2002), Türk Halkları Tarihine Giriş, çeviri, P. B. Golden'dan, (dört baskı: 2002, 2006, 2012, 2013), Bosna-Hersek Barış Süreci. Dayton Antlaşması Eki İle (2002), İran ile Turan. Hayali Milletler Çağında Avrasya ve Ortadoğu (üç baskı: 2003, 2012, 2014), In Search of the Lost Tribe. The Origins and Making of the Croatian Nation (2003), Etnik Kimlikler Nasıl Oluşur?, çeviri, H. B. Paksoy'dan, (2005), Hazarlar ve Musevilik, Çeviri, P. B. Golden, C. Zuckerman ve A. Zajaczkowski'den, (2005), Etnik Tutumun Tarihsel Kökleri, AB ve Türk Kimliği (Strateji Raporu) (2005), Çeviri, Mirza Haydar Duğlat'tan, Tarih-i Reşidî (2006), Balkanlar El Kitabı, 3 cilt, editör, B. A. Gökdağ ile, (iki baskı: 2006, 2013), Bey ile Büyücü: Avrasya'da Tanrı, Hükümdar, Devlet ve İktisat Hakkında Dilin Söyledikleri (iki baskı 2006, 2016), Türklerin Kökeni (14 baskı: 2011-2016), Doğu Avrupa Türk Tarihi, editör, Serkan Acar ile (iki baskı 2013, 2015), Hazarlar: Yahudi Türkler, Türk Yahudiler ve Ötekiler (iki baskı 2014, 2015), Editör, I. Zimonyi ile, Central Eurasia in the Middle Ages. Studies in Honour of Peter B. Golden (2016).