「私」は本来「わたくし」ですが、「あたくし」、「あたし」、「あて」などのように訛った言い方があり、そのうちの「あたし」で見ると「し」は無声子因と狭母音で発声されるわけだが、狭母音の「い」のみが強調され無声子音は発生されなくなり、最終的に「あたい」という言い方になったのではないか。
そのような変遷を経てきていると仮にすると、正式な言い方が訛ってさらに一部が省略された言い方なわけで、どこかハスッパな感じがするため、おそらくは下町や花柳界などで誰かがそのような言い方をしてそれが広まったのではないだろうか。
女性が使っているケースが多いところを見ると花柳界の女性が使いはじめたのではないかと思えるが実際どうなのかは不明。
以上は私の個人的な推測です。