Né dans le quartier populaire de Bacalan à Bordeaux, Fabien Gay est issu d’une famille ouvrière.
Il obtient en 2002 un baccalauréat général économique et social. À la sortie du lycée, il poursuit ses études dans l’enseignement supérieur à l’université Bordeaux-Montaigne, dénommée « Bordeaux III », où il passe une licence d’histoire, puis deux ans plus tard, il devient titulaire d’un master en histoire politique et contemporaine dans le cadre duquel il rédige un mémoire sur le thème Le Parti communiste en Gironde de 1956 à 1972.
Après trois ans de judo au club de Bacalan, il devient joueur et éducateur de rugby dans son club de toujours : US Bouscat rugby pendant dix-sept ans.
Il devient permanent politique du Mouvement jeunes communistes de France (MJCF) en tant que responsable national à la vie des départements (organisation) de 2010 à 2013 et chargé de la campagne pour la libération du jeune franco-palestinien Salah Hamouri.
En 2014, il entre au journal L’Humanité, où il succèdera à Patrick Le Hyaric au poste de directeur, en 2017.
