لم يكن العطوي يفكر في الدخول إلى عالم التدريب حتى أقنعه أحد الإداريين في نادي العيون بأن يتولى الإشراف على ناشئي نادي العيون ليبدأ مسيرته في عالم التدريب عام 2008، وبعدها بعام انتقل إلى نادي الفتح كمساعد مدرب لناشئي الفتح، ولم يمض عام حتى عاد إلى العيون كمدرب للفريق الأول ونجح في قيادة الفريق إلى التأهل لدوري الدرجة الثانية.
انتقل العطوي إلى النجوم وبدأ مدربا في الفئات السنية ومن ثم قررت إدارة نادي النجوم منحه قيادة الفريق الأول الذي كان يتواجد في دوري الدرجة الثالثة، ولم تمض سوى ثلاث سنوات حتى نجح العطوي في أن يقود هذا الفريق إلى دوري الدرجة الأولى.
اختير العطوي أفضل مدرب شاب عام 2016 وقرر الاتحاد السعودي لكرة القدم تعيينه مدربا لمنتخب الشباب مواليد 97، وخلال سنتين نجح في قيادة هذا المنتخب إلى نهائيات كأس العالم 2019 في بولندا، وربما يحقق البطولة الآسيوية التي عجز عن تحقيقها الكثير من المدربين من قبله.