Sencer Ayata ortaöğrenimini Tarsus Amerikan Lisesi’nde bitirdikten sonra, 1973 yılında ODTÜ’de Sosyal Bilimler alanında lisans derecesini aldı. Sosyoloji ve Sosyal Antropoloji alanındaki doktorasını 1982 yılında İngiltere’de Kent Üniversitesi’nde tamamladı. 1981 ile 2011 yılları arasında ODTÜ Sosyoloji Bölümü’nde öğretim üyesi olarak çalıştı. 1997-2003 yılları arasında Sosyoloji Bölümü başkanlığı, 2003-2010 yılları arasında ODTÜ Sosyal Bilimler Enstitüsü başkanlığı yaptı. Aynı yıllar arasında ODTÜ Senatosu ve Üniversite Yönetim Kurulu üyeliği görevlerini yürüttü. Harvard Üniversitesi’nde misafir, Oxford Üniversitesi ve Wissenschaftzentrum Berlin’de (WZB) davetli öğretim üyesi olarak bulundu.

Türkiye’nin toplumsal yapısı ve siyasal hayatı, kent toplumu ve kültürü, sanayileşme, bilgi ekonomisi, sınıfsal yapı ve yeni orta sınıflar, yoksulluk ve eşitsizlik, gençlik, sosyal demokrasi üzerine araştırmaları, çalışmaları ve görüşleriyle tanındı.

CHP’nin 23 Mayıs 2010 tarihinde gerçekleştirilen 33. Olağan Kongresi’nde en yüksek ikinci oyu alarak Parti Meclisi’ne ve sonrasında CHP Bilim ve Kültür Platformu’nun başkanlığına seçildi. 3 Kasım 2010 tarihinde AR-GE ve Bilim, Yönetim ve Kültür Platformu’ndan sorumlu genel başkan yardımcısı olarak atanmıştır. 12 Haziran 2011 genel seçiminde CHP’nin Ankara 1. Bölge 1. sıra milletvekili adayı olarak gösterilmiş olup seçimlerde milletvekili seçilmiştir. 7 Haziran 2015 genel seçiminde CHP’nin İstanbul milletvekili seçilmiştir. Çok sayıda kitap, makale, rapor yayınlamıştır. Evli ve bir çocuk babasıdır.