Su verdadero nombre era Francis Anthony Donner, y nació en San Francisco (California), en una familia de origen irlandés.
Gracias al éxito de la misma, Fay fue escogido para interpretar una comedia musical en Technicolor titulada Under A Texas Moon (1930), en la cual demostraba su habilidad para el canto.
A ese título le siguió otra película de gran presupuesto, Bright Lights (1930), un extravagante musical en Technicolor.
Frank Fay también protagonizó The Matrimonial Bed (1930), una producción anterior al código Hays en la que cantaba la canción titular.
Frank Fay quedó encasillado en el cine musical, y ello hizo que su popularidad menguara cuando el público empezó a dejar de lado el género.