El Atlético abrió el marcador con un gol de cabeza del portugués Joao Félix (7), pero el sueco Anthony Elanga igualó cerca del final (80), con lo que el pase a cuartos se decidirá en tres semanas en Old Trafford.
El equipo madrileño sorprendió sobre el césped de su estadio Metropolitano a un Manchester United, que sufrió la presión la rival en la primera parte, antes de crecer tras la pausa.
"Fuimos totalmente superiores a ellos, manejamos todas las facetas del juego, defendimos bien, estuvimos bien en ataque, llegamos con claridad", dijo el central del Atlético José María Giménez a la plataforma Movistar+. "Merecíamos ganar", estimó el jugador uruguayo.
Los locales anularon de entrada a Bruno Fernandes y Paul Pogba, que mantuvo una larga batalla con Geoffrey Kondogbia.
El partido acabó convertido en un intercambio de golpes sin que el marcador volviera a moverse.
Los dos equipos se jugarán a un solo encuentro en Manchester el pase a cuartos en una edición de Champions, en la que han desaparecido los valores extras de los goles fuera.