Народилася в протестантській родині, мала трьох братів і одну сестру.[7] В юності завагітніла від коханця, але за його вимогою була змушена піти на аборт. Одружилася з заможним видавцем, але шлюб незабаром розпався, вступила в другий шлюб, народила дочку.
У 1914—1916 роках вчилася в Іллінойському університеті, зацікавившись під час навчання роботами Маркса та інших соціалістичних авторів, вступивши в Соціалістичну партію.[8] З 1916 року, повернувшись у Нью-Йорк, і до 1918 року працювала журналісткою в низці газет, два роки була медсестрою, після чого повернулася до журналістики і працювала в Чикаго і Новому Орлеані. У 1927 році ухвалила рішення перейти в католицизм і прийняла хрещення, що призвело до розриву відносин з родиною.[9]
У травні 1933 року стала однією із засновників журналу «Католицький робітник», навколо якого сформувався Рух католицьких робітників. Активно писала для цього журналу про проблеми бідності, брала участь у створенні притулків для бездомних, перший з яких заснувала у власній квартирі; до 1936 році існувало вже понад 30 таких будинків, і за свою діяльність в цьому напрямку Дей у 1971 році отримала міжнародну премію Pacem in Terris.
У 1971—1973 роках активно брала участь у протестах проти війни у В'єтнамі, в результаті чого кілька разів була заарештована. Під час проведення Другого Ватиканського собору очолила групу жінок, які оголосили голодування і вимагали від Собору засудження війни як такої.
Сучасна Католицька церква поки не вирішила питання її канонізації або беатифікації, але після смерті Дороті Дей була удостоєна статусу Слуги Божої.
Rosalie G. Riegle [Troester] (2003) Dorothy Day: Portraits by Those Who Knew Her. Orbis Books.
Nancy Roberts L. (1984) Dorothy Day and the Catholic Worker. SUNY Press.
Sheila Webb, "Dorothy Day and the Early Years of the Catholic Worker: Social Action through the Pages of the Press," U. S. Catholic Historian, vol. 21, no. 3 (Summer 2003), pp. 71–88.