Ernst Wilhelm Nay wurde 1902 in Berlin geboren. Bis 1915 besuchte er ein Gymnasium in Berlin-Steglitz. Ein Jahr nach dem Tod seines Vaters wurde er auf ein Internat nach Thüringen geschickt. Dort wurde sein Interesse an moderner Kunst geweckt und seine ersten eigenen Malversuche begannen.
Nach Abschluss seines Abitur kehrte er nach Berlin zurück und begann dort 1921 eine Lehre in der Buchhandlung Gsellius. Diese brach er jedoch ein Jahr später wieder ab und fertigte sein erstes Selbstbildnis an.
1923 begann er Abendkurse für Aktzeichnen am Berliner Kunstgewerbemuseum in Berlin zu besuchen. Zeitgleich arbeitete er als Hilfsarchitekt beim Film und als Verkäufer in der Buchabteilung des KaDeWe.
Ein Jahr darauf stellte er sich mit einigen seiner Werke bei Karl Hofer (1878-1955) an der Hochschule für Bildende Künste in Berlin vor. Er bekam ein Stipendium und wurde 1925 in der Klasse Hofers aufgenommen. Außerdem empfahl dieser seine Werke für die Frühjahrsausstellung der Preußischen Akademie der Künste.
1926 veröffentlichte Paul Westheim (1886-1963) in seiner Zeitschrift „Das Kunstblatt“ einen Artikel über den noch recht neuen Künstler. Nay lernte an der Uni seine zukünftige Ehefrau Helene („Elly“) Kirchner, die er 1932 heiratete, kennen, als sie dort als Modell arbeitete.
Schon 1927 wurde eines seiner Werke durch die Stadt Hannover angekauft.
Im Jahr darauf macht er seinen Abschluss, den er mit einer Studienreise nach Paris „feierte“. Carl Georg Heise (1890-1979), Leiter des St. Annen-Museum in Lübeck, wurde ebenfalls auf ihn aufmerksam und erwarb ein Gemälde für das Museum.
1930 folgte eine weitere Reise. Diesmal fuhr er mit Unterstützung von Heise nach Bornholm. Nach seiner Rückkehr lernte er den Kunstkritiker Will Grohmann (1887-1968) kennen und erhielt die Prämie des Staatspreises für Malerei der Preußischen Akademie der Künste. Er erhielt ein Stipendium der Villa Massimo in Rom, an der er sich bis 1932 aufhielt. Ab dieser Zeit widmete er sich vor allem surrealistisch-abstrakten Werken.
Bei seiner Hochzeitsreise 1932 stellte er sich bei dem Kunsthändler Günther Franke (1900-1976) in München vor und wurde unter Vertrag genommen.
Schon im nächsten Jahr stellte er in den Galerien von Alfred Flechtheim (1878-1937) und Paul Cassirer (1871-1926) in Berlin bei deren Ausstellung „Lebendige deutsche Kunst“ aus.
Durch die Ausstellung in verschiedenen Galerien und die Vertretung durch Franke lernte er weitere Persönlichkeiten kennen. Unter anderem die Kunsthistoriker Erich Meyer (1897-1967), Alfred Hentzen (1903-1985), Werner Haftmann (1912-1999) und Ernst Goesbruch (1872-1953), durch die er wiederum Kontakt zu dem Frankfurter Kunstsammler Carl Hagemann (1867-1940) und der Kunstsammlerin Hanna Bekker (1893-1983) bekam.
1937 wurde ihm durch die Nationalsozialisten ein zeitweiliges Ausstellungsverbot auferlegt und ein Teil seiner Werke als „entartet“ eingestuft und beschlagnahmt. Dennoch erhielt er wegen seiner Mitgliedschaft in der Reichskammer der Bildenden Kunst Malmaterial und Beihilfen.
Durch die Vermittlung der 1933 aus ihren Ämtern entlassenen Museumsdirektoren Heise und Ludwig Justi (1876-1957) erhielt er eine finanzielle Unterstützung durch Hagemann und Edvard Munch (1863-1944), den er im gleichen Jahr in Norwegen besuchte und durch den er eine Ausstellung in der Galerie von Holst Halvorsen (1889-1960) in Oslo vermittelt bekam.
1939 lernte er durch die Vermittlung Bekkers den Maler Alexej von Jawlensky (1864-1941) kennen.
Kurz nach Kriegsbeginn wurde er zum Kriegsdienst eingezogen. Bei einer Dienstreise 1942 nach Paris besuchte er das Atelier von Wassily Kandinsky (1866-1944) und bei einem Fronturlaub im gleichen Jahr machte er die Bekanntschaft des Kunstsammlers Hans Dittmayer (1892-1946).
Bei einem Bombenangriff 1943 wurde seine Wohnung und sein Atelier zerstört, sodass er 1945 nach der Entlassung aus der Armee durch die US-Amerikaner auf Vermittlung Bekkers in das ehemalige Atelierhaus der Künstlerin Ottilie Roederstein (1859-1937) in Hofheim im Taunus zog. Dort kam er mit den Direktoren des Städel Museums und des Museums Wiesbadens Ernst Holzinger (1901-1972) und Clemens Weiler (1909-1982) in Kontakt. Er lernte den Schriftsteller Fritz Usinger, den Kunsthistoriker Ludwig Baron Döry und die Kunstkritikerin Doris Schmidt kennen. Genauso förderte er seine Kontakte zu den Künstlern Willi Baumeister (1889-1955), Otto Greis (1913-2001), Ida Kerkovius (1879-1970), Otto Ritschl (1885-1976) und Conrad Westpfahl (1891-1976).
Nach Kriegsende erhielt er seine erste Ausstellung 1946 bei Franke in München und Gerd Rosen (1903-1961) in Berlin. Erste Ankäufe durch Museen, wie der Hamburger Kunsthalle folgten.
1948 beteiligte er sich das erste Mal an der Biennale in Venedig. Weitere Bekanntschaften, die er vor Ort machte, folgten. Unter anderem lernte er das Sammlerehepaar Günther und Carola Peill kennen.
Im Jahr darauf reiste er zur Künstlerkolonie Worpswede. Er ließ sich von seiner Frau scheiden, um seine neue Lebensgefährtin Elisabeth Kerschbaumer zu heiraten.
Vor seinem Umzug nach Köln 1951 lernte er in Berlin Karl Hartung (1908-1967) und Hans Uhlmann (1900-1975) kennen, mit dem ihn eine lange Freundschaft verbinden sollte.
Im gleichen Jahr beteiligte er sich an der Biennale in Sao Paulo.
1952 erhielt er den Kunstpreis der Stadt Köln für seine Arbeit. 1953 hatte er für ein paar Monate ein Gastdozentur an der Landeskunstschule in Hamburg, der heutigen Hochschule der Bildenden Künste, inne. Dies sollte seine einziges Lehramt sein.
Mitte der 1950er Jahre veröffentlichte er seine manifestartige Schrift „Vom Gestaltwert der Farbe“ .
Die Teilnahmen an wichtigen Ausstellungen, wie der documenta I 1955, documenta II 1959 und der documenta III 1964, sowie der Ausstellung „Hundred Years of German Painting“ in der Tate Gallery in London 1956 oder der Ausstellung „German Art of the Twentieth Century“ im Museum of Modern Art in New York, nahmen weiter zu. Anfang der 1960er Jahre reiste Nay in die USA und nach Mexiko, wo er Paul Westheim (1886-1963) in Mexiko-Stadt besuchte.
Griechenland, Marokko, Hawai und Japan waren weitere seiner Reiseziele.
1967 wurde ihm schließlich das Große Verdienstkreuz der Bundesrepublik Deutschland verliehen.
Innerhalb verschiedener Schaffensperioden fertigte er unterschiedliche Arten von Bildern an. Sogenannte Hekate-Bilder, Fugale Bilder, Rhythmische Bilder, Scheibenbilder und Augenbilder waren repräsentativ für seine Arbeit. Allen gemein war eine abstrakte, dennoch leicht figürliche Malweise, die durch ihre bewegten Linien und Pinselführung an informelle Werke erinnerten. Genauso ist ihnen ein farbenfroher Duktus gemein, der sich in strahlenden Farben äußert. Trotz der figürlichen Elemente und der daraus resultierenden Bildwirkung lässt sich sein Schaffensprozess in den einzelnen Arbeiten erkennen und nachvollziehen. Voller Dynamik und Bewegtheit lassen sich vielschichtige Bildwelten erleben.
Mit seinem Stil kann er zu den bedeutendsten Künstlern der Zweiten Generation der Moderne gezählt werden.