Старший сын еврейских эмигрантов (Мейлах Рудницкий и Маня Лурия) из Ковенской губернии. В 1897 году семья переехала в Нью-Йорк, в 1912 году из-за постоянных антисемитских выпадов сменила фамилию на Рэй. В 1908—1912 гг. Ман Рэй изучал искусство в Нью-Йорке. Ман Рэй увлекся фотографией Альфреда Стиглица. Благодаря Стиглицу Рэй познакомился с европейским авангардизмом. Первая персональная выставка художника состоялась в Нью-Йорке (1915). В 1918 начал всерьез заниматься фотоискусством и кинематографом, экспериментировал с различными технологиями (фотограмма (райография), соляризация и др.). Вместе с М.Дюшаном и Франсисом Пикабиа Ман Рэй основал нью-йоркское отделение дадаизма, выпустил первый и единственный номер журнала «Дада в Нью-Йорке» (1920). В 1921 переехал в Париж. Его авторству также принадлежит целый ряд известных и ярких дадаистских предметов и инсталляций, созданных как самостоятельно, так и в соавторстве с другими художниками.
Вместе с Хансом (Жаном) Арпом, Максом Эрнстом, Массоном, Миро и Пикассо участвовал в коллективной выставке сюрреалистов в парижской галерее Пьер (1925). Снял несколько авангардистских фильмов (Морская звезда, по стихотворению Р.Десноса, и др.), а также снялся сам в знаменитом фильме Рене Клера «Антракт». Создал серию известнейших фотопортретов Эрика Сати, Джеймса Джойса, Гертруды Стайн, Жана Кокто, серию ню, для которой позировала молодая художница-сюрреалистка и одновременно подруга Ман Рея, Мерет Оппенгейм (1934). Вместе со своей ассистенткой Беренис Эббот открыл фотографию Эжена Атже, введя его в круг внимания сюрреалистов и более широкой публики.
В 1940—1951 годах снова жил в США, преподавал живопись и фотографию. В 1951 году вернулся в Париж и жил там вплоть до своей смерти. В 1963 году был принят в игровое сообщество авангардистов «Коллеж патафизики», созданное в память Альфреда Жарри. Похоронен на Кладбище Монпарнас. Супругой Мана Рэя Жюльет организован Фонд Мана Рэя, который владеет большой коллекцией его работ и авторскими правами. Дочь Мана Рея Анна Рэй является автором серии популярных книг о своём отце и его знаменитых друзьях, в частности, богато иллюстрированной книги об Эрике Сати.
В 1999 году был признан журналом «Арт-Ньюз» одним из 25 наиболее влиятельных художников XX века.
Ман Рэй — один из персонажей фильма «Полночь в Париже» (2011 г.).