Родилась в семье офицера торгового флота Кришнарая Рая и писательницы Вринды Рай, есть старший брат. Родной язык Айшварии тулу, также владеет английским, хинди, маратхи и тамильским языками. В детстве училась классической музыке и танцам. В раннем возрасте с семьёй переехала в Бомбей, где посещала Arya Vidya Mandir high school в пригороде Сантакруз. После окончания колледжа Ruparel College (до него год проучилась в Jai Hind College) поступила в университет, где начала изучать архитектуру, но затем стала моделью. В 1994 году победила на конкурсе «Мисс Мира». После участвовала в рекламной компании Pepsi, снималась для журнала Vogue Magazine.
На протяжении нескольких лет встречалась с Салманом Ханом. После они расстались. Спустя некоторое время встречалась с актёром Вивеком Обероем. 14 января 2007 объявила о помолвке с актёром Абишеком Баччаном, сыном Амитабха Баччана, и 20 апреля того же года вышла за него замуж. 16 ноября 2011 года Айшвария Рай в одной из клиник Мумбаи родила дочь. Об этом написал у себя в «Твиттере» Амитабх Баччан.
Первой ролью в кино Айшварии Рай был фильм «Iruvar» 1997 года. Критики его встретили достаточно прохладно, однако после последовал успех и за роль в фильме «…Aur Paar Ho Gaya» («Влюбленный самозванец») Айшварию наградили премией как лучшую дебютантку. В 2000 году она удостоилась премии за лучшую женскую роль в фильме «Hum Dil De Chuke Sanam» («Навеки твоя»). В 2001 номинировалась как лучшая актриса за роль Satish Kaushik’s в фильме «Hamara Dil Aapke Paas Hai» («Любовь в награду»).
В 2002 году снялась в самом успешном болливудском фильме «Devdas». В 2003 году Айшвария была членом жюри Каннского кинофестиваля. Тогда же Айшвария заключила рекламный контракт с L'Oreal, участвовала в рекламных компаниях Coca-Cola и DeBeers. Айшвария Рай — первая индийская женщина в восковом музее мадам Тюссо.
Благодаря знанию языков Айшвария участвовала в фильмах, снятых на бенгальском, тамильском, английском языках.