Gay Georgetown Üniversitesi'nden mezun olduktan sonra 2006 NBA Seçmeleri'ne katılacağını açıkladı ve Houston Rockets tarafından 1. tur 8. sıradan seçildi. Ardından Shane Battier karşılığında Memphis Grizzlies takımına takas oldu. Gay 12 Temmuz 2006 tarihinde Memphis takımı ile çok yıllık sözleşme imzaladı. Kasım ayında o ayın çaylak oyuncusu seçildi ve sezon sonunda Memphis'in 22 maç kazanmasına yardımcı oldu. Gay çaylak sezonunda maç başına 10.8 sayı 4.5 ribaunt 1.3 asist ortalamaları ile oynadı. Ayrıca o 2006-07 sezonunun sonunda NBA Yılın Çaylak Takımı'na seçildi. Oylamayı Toronto Raptors'tan Andrea Bargnani kazandı o Portland'tan Brandon Roy'un ardından oylamayı 3. sırada bitirdi. Gay 2007-08 sezonunda maç başına 20.1 sayı 6.2 ribaunt 2.0 asist ortalamaları ile oynadı. 2008 NBA All-Star Hafta Sonu Smaç Yarışması'na katılmak için davet aldı ve 2. tura kadar ilerledi ancak daha sonra Dwight Howard ve Gerald Green tarafından elendi. Gay Memphis formasıyla 3. sezonunda maç başına 18.9 sayı 5.5 ribaunt 1.7 asist ortalamaları ile oynadı. 13 Aralık, 2009 günü Miami Heat maçında 41 sayı atarak kariyer rekorunu kırdı. Gay 2009-10 sezonunda maç başına 19.6 sayı 5.9 ribaunt 1.9 asist ortalamaları ile oynadı. 1 Temmuz, 2010 tarihinde Gay Memphis Grizzlies ile 82.000.000 $ değerinde 5 yıllık sözleşme yeniledi. 2010-11 sezonunda maç başına 19.8 sayı 6.2 ribaunt 2.8 asist istatistikleri ile oynadı. Gay 2011-12 sezonunda ise maç başına 19.0 sayı 6.4 ribaunt 2.3 asist ortalamaları ile oynadı.