Nach dem Besuch der Western Reserve Academy in Hudson (Ohio) zog Macy 1998 zurück nach Los Angeles, Kalifornien und begann ihre Karriere.

2001 gewann Macy Gray eine der begehrten Grammy-Trophäen in der Kategorie Beste weibliche Gesangsdarbietung – Pop (Best Female Pop Vocal Performance) für ihren Erfolgstitel I try, der außerdem in zwei weiteren Kategorien nominiert war. Anschließend arbeitete sie gemeinsam mit Fatboy Slim, der Black Eyed Peas und Slick Rick an dem Stück The world is yours, das auf dem Soundtrack zu Rush Our 2 erschien. In dem Film Training Day trat sie erstmals als Schauspielerin auf.

Als ihr beim Singen der amerikanischen Nationalhymne The Star-Spangled Banner in der Pro Football Hall of Fame 2001 zwischenzeitlich der Text entfiel, wurde Gray ausgebuht. Ihr im selben Jahr veröffentlichtes Album The ID war vielleicht wegen dieses Vorfalls ein kommerzieller Misserfolg, Ursache könnten aber auch die Attentate des 11. Septembers sein, da das Album nur eine Woche danach auf den Markt kam. Die Auskopplung Sweet Baby, an der John Frusciante und Erykah Badu mitarbeiteten, erreichte dennoch Platz 11 in den Amerikanischen Charts.

2002 spielte Macy sich selbst in Spider-Man und arbeitete des weiteren an Santanas Album Shaman mit. 2003 erschien ihr drittes Album The Trouble with Being Myself. Ein auf ihrer Kindheit basierender Cartoon wurde nicht publiziert.

Gray war von 1996 bis 1998 mit Tracy Hinds verheiratet, mit dem sie drei Kinder hat. 2005 eröffnete die Macy Gray Music Academy.