Lars Bay Larsen, der er født i 1953 i Gladsaxe, København (Danmark), studerede ved Københavns Universitet. Han opnåede en bachelor i statskundskab derfra i 1976. I 1978 påbegyndte han jurastudiet ved samme universitet og tog juridisk kandidateksamen derfra i 1983.

Efter afslutningen af studierne blev han ansat som sekretær i Justitsministeriet, hvor han arbejdede fra 1983 til 1985. Fra 1985 til 1986 var han fuldmægtig i Advokatsamfundet. Herefter vendte han tilbage til Justitsministeriet, hvor han var fuldmægtig fra 1986 til 1991, kontorchef fra 1991 til 1995, afdelingschef i Civil- og Politiafdelingen fra 1995 til 1999 og afdelingschef i Lovafdelingen fra 2000 til 2003. Han var fra 1995 til 2000 tillige repræsentant for Danmark i K-4-Komitéen, fra 1996 til 1998 i Schengen-Centralgruppen og fra 1998 til 2000 i Europols Styrelsesråd. Han fik i 1991 advokatbestalling i Danmark, og i 2003 blev han dommer ved Højesteret, hvor han virkede indtil 2006.

Ud over sin praktiske virksomhed har Lars Bay Larsen beskæftiget sig med undervisning, idet han fra 1984 til 1991 var undervisningsassistent ved Københavns Universitet og derefter – fra 1991 til 1996 – ekstern lektor i familieret. Han har siden 2008 undervist i europæisk strafferet ved Université du Luxembourg (universitetet i Luxembourg).

Dommer ved Domstolen fra den 11. januar 2006 til den 7. oktober 2024. Domstolens vicepræsident fra den 8. oktober 2021 til den 7. oktober 2024.