Ларейн Дэй, урожденная Ла Рейн Джонсон, родилась в Юте 13 октября 1920 года в семье мормонов. У Ларейн была большая семья, включавшая восемь детей. В шесть лет после просмотра первого в её жизни фильма у девочки появилась мечта стать актрисой.
В 1931 году семья Ларейн переехала в Калифорнию, где и началась её актёрская карьера. Ее дебют в кино состоялся в 1937 году в фильме «Стелла Даллас», где у нее была эпизодическая, не указанная в титрах роль. Далее последовали ряд ролей в вестернах кинокомпании RKO, где она снималась под псевдонимом Ларейн Хэйс или под настоящим именем. В 1939 году она подписала контракт с MGM, где уже работала актриса Рита Джонсон, поэтому Ларейн для своего сценического псевдонима взяла фамилию своего учителя актерского мастерства Элиаса Дэя в знак благодарности. В том же году она появилась в фильме «Вызывая доктора Килдара», где сыграла медсестру Мэри Ламон, роль которой она позже исполнила ещё в семи фильмах о докторе Килдаре.
Карьера Дэй на студии MGM не сложилась, поскольку ей всегда давали незапоминающиеся роли второго плана в фильмах среднего уровня. Попасть в большое кино ей удавалось лишь изредка, когда руководство MGM «одалживало» актрису другим студиям. Так она сыграла заметную роль в триллере Альфреда Хичкока «Иностранный корреспондент», который вышел на экраны в 1940 году. В том же году Ларейн заменила заболевшую Фрэнсис Ди в фильме Эдварда Смолла «Мой сын, мой сын!», после выхода которого журнал «Life» назвал её многообещающей молодой актрисой, а владельцы кинотеатров выделяли её имя на афишах.
С 1942 по 1947 годы актриса была замужем за певцом Рэем Хендриксем, а в 1947 году она вышла замуж за Лео Дьюрочера, менеджера бейсбольных команд «Бруклин Доджерс» и «Нью-Йорк Джайентс», в этом браке Ларейн родила сына Кристофера и дочь Мишель. Дэй ранее не была поклонницей этого вида спорта, но благодаря браку с Дьюрочером стала известна как «первая леди бейсбола». Она часто сопровождала команду «Джайентс» на матчи, посетила её весенние сборы на Кубе, брала у игроков интервью для телевидения и даже написала в 1952 году книгу «День с „Гигантами“». Хотя после развода с Дьюрочером в 1960 году Дэй призналась, что бейсбол никогда по-настоящему не любила.
В 1961 году Ларейн вышла замуж за телевизионного продюсера Майкла Гриликса, который стал отцом ее двоих дочерей, Джиджи и Даны. После их рождения Дэй перестала сниматься в кино и в последующие годы появлялась изредка лишь на телевидении. У нее были роли в таких сериалах как «Час Альфреда Хичкока», «Правосудие Берка», «ФБР», «Лу Грант», «Лодка любви», «Остров фантазий» и «Она написала убийство», где в 1986 году она сыграла свою последнюю роль. Помимо воспитания дочерей Дэй также была активисткой в Церкви Иисуса Христа Святых последних дней.
После смерти мужа в марте 2007 года актриса переехала к дочери в город Ивинс в штате Юта. Там она и умерла от рака 10 ноября, того же года, в возрасте 87 лет.
За вклад в киноиндустрию Ларейн Дэй удостоена звезды на Голливудской аллее славы по Голливуд-бульвар 6676.