Es otra de las secciones originales del club creadas en 1958. De hecho, Josean Gasca, el fundador y primer presidente del club, quería originalmente fundar un equipo de baloncesto. En 1967 logró el ascenso a la Primera División de la Liga Española de Baloncesto. El jugador que más destacó en esos momentos fue el olímpico Luis Carlos Santiago Zabaleta. A pesar de que el equipo siguió siendo aficionado, obtuvo el patrocinio de Fagor. En su primer año en esta categoría el obtuvo la 5ª plaza (mejor resultado jamás obtenido por un equipo guipuzcoano de baloncesto) y llegó a batir al todopoderoso Real Madrid, campeón de Europa, en el Frontón de Anoeta.

Se mantuvo dos temporadas más en la máxima categoría del baloncesto español, para perder definitivamente la categoría en 1970.

El Atlético San Sebastián recuperó su sección de baloncesto ya en la década de 1980. En esta segunda etapa, más modesta que la primera, el club no ha llegado a alcanzar la máxima categoría del baloncesto español, aunque a mediados de los años 80 llegó a la Segunda División. El carácter aficionado del club ha hecho que haya cedido el testigo, primero al CB Askatuak y luego al San Sebastián Guipúzcoa Básquet Club (un club exclusivamente profesional) como equipo de baloncesto más representativo de la ciudad. En la actualidad lucha por subir a la liga EBA.