Ihr Debüt am New Yorker Broadway absolvierte sie 1912 in "The Rose of Panama", die nur vierundzwanzig Mal aufgeführt wurde. Bainter konnte sich in den folgenden Jahren als Theaterdarstellerin etablieren und wurde oft in den Rollen der Unschuldig-Naiven bzw. der Romantikerin besetzt. Nach Auftritten in fünfundzwanzig Broadway-Stücken, zuletzt in "Dodsworth", das es von August 1934 bis Januar 1935 auf 168 Aufführungen brachte, wechselte Fay Bainter zum Film. Ihr Kinodebüt gab sie 1934 im Alter von 41 Jahren in William K. Howards Drama "This Side of Heaven", an der Seite Lionel Barrymores. Nach Nebenrollen in George Stevens’ "Quality Street" neben Katharine Hepburn und in Leo McCareys "Make Way For Tomorrow" (beide 1937) schrieb Bainter 1939 Filmgeschichte, als sie als erste Schauspielerin für die Dramen "White Banners" und "Jezebel – Die boshafte Lady" jeweils Nominierungen in zwei unterschiedlichen Darstellerkategorien (Beste Hauptdarstellerin und Beste Nebendarstellerin) erhielt. Bei der Oscarverleihung am 23. Februar 1939 musste sich die Schauspielerin in der Kategorie "Beste Hauptdarstellerin" Bette Davis in "Jezebel" geschlagen geben. Sie gewann jedoch für ihren Auftritt in dem Film den Preis für die beste weibliche Nebenrolle.