Dopo gli esordi negli spettacoli del GUF (il primo dei quali fu Una bella domenica di settembre di Ugo Betti, per la regia di Riccardo Mantoni) si iscrisse, grazie all'interessamento di Silvio D'Amico, all'Accademia Nazionale d'Arte Drammatica, ma dovette interrompere gli studi con l'arrivo della Seconda guerra mondiale, quando fu chiamato alle armi come ufficiale di fanteria e costretto a partire per il fronte in Jugoslavia.Dopo l'8 settembre 1943 approdò con l'amico Alberto Ciambricco a Bari, dove prestò la propria voce alle trasmissioni radiofoniche della stazione controllata dagli alleati. Nel 1946, dopo la laurea in legge, debuttò al Teatro Quirino di Roma nella rivista musicale Niente abbasso, solo evviva con Cimara, Proclemer, Bonucci e Caprioli, entrando poi nella compagnia Merlini-Scelzo.Tornò alla radio nel 1945, quando fu chiamato da Guglielmo Morandi a far parte della Compagnia di prosa di Radio Roma: nel giro di otto anni partecipò a 2000 trasmissioni, da Non ti conosco più di De Benedetti (1947) ai Racconti dell'incubo di Poe (1953), passando per Il ritratto di Dorian Gray di Wilde (1949) e Questo piccolo mondo di Coward (1949, regia di Benedetto).Dotato di una voce inconfondibile, lavorò anche alla radio italiana di New York (1950-51). Dopo aver lavorato nel cinema in ruoli secondari.Debuttò in televisione con Dopo cena di Whotsley (1954, la prima commedia della TV italiana), insieme a Marisa Mantovani. Partecipò, inoltre, nel 1956, allo sceneggiato L'alfiere, tratto dal romanzo di Carlo Alianello, e nel 1957 interpretò il ruolo di Mason in Jane Eyre, rivisitazione televisiva del celeberrimo romanzo di Charlotte Brontë.Nel 1959 conquistò il pubblico con le vicende del tenente Sheridan in Giallo club. Invito al poliziesco, di cui sono state prodotte fino al 1961 tre serie. A metà tra il quiz e lo sceneggiato "giallo" di ambientazione americana, il programma riusciva a tenere milioni di italiani incollati davanti al teleschermo. Avvolto in un impermeabile bianco, Ubaldo Lay perdeva la sua identità reale per acquistarne una televisiva; scambiato per un poliziotto vero, veniva fermato per la strada, nei negozi, all'aeroporto per risolvere piccoli gialli nostrani.Nel 1963 comparve nella trasposizione televisiva di Delitto e castigo e nel 1965 in David Copperfield. Continuò a vestire i panni del tenente Sheridan fino al 1972, quando, nell'ultima puntata della Donna di picche, venne colpito da una pallottola .Dopo i successi televisivi, è tornato alla radio sporadicamente, in Alessandro Magno (1973) e La luna nel pozzo di e con Michele Mirabella (1979). è riapparso in video, dopo dodici anni di "convalescenza", come tenente ormai in pensione nella miniserie Indagine sui sentimenti (1984), sua ultima apparizione televisiva.Fu attivo anche nel doppiaggio, soprattutto all'interno della Compagnia ODI di Carlo D'Angelo.