Vay Ádám 1657. május 14-én született a szatmári Vaján, előkelő református birtokos nemesi család sarjaként. Apja, Vay Péter Bethlen Gábor udvarában nevelkedett, később Szabolcs vármegye alispánja lett. 1662-ben bekövetkezett halála után az árvává vált Vay Ádám Sárospatakon kezdte tanulmányait, de amikor Báthori Zsófia a jezsuitákkal elűzte a református tanárokat, hazakerült Vajára. Gyenge testalkatú, érzékeny gyermek volt, aki jogi tanulmányokra vágyott, de végül főúri udvarokban szolgált nemes ifjúként, és tapasztalatokat gyűjtött.
1679-ben vette feleségül Fekete Erzsébetet, a füleki vár alkapitány leánya jelentős vagyont és kapcsolatokat hozott a házasságba. A mélyen vallásos neveltetésben részesült Vay Ádám egész életében hithű kálvinista maradt, ami később meghatározó szerepet játszott politikai pályáján. 1682-ben, Fülek eleste után Thököly Imre foglyaként kényszerült a kurucok közé állni, ahol ezredesi rangig vitte, és Kisvárda kapitánya lett. A politikai helyzet változásaival többször börtönbe került, vagyonát elvették, 1700-ban I. Lipót adta vissza neki a birtokait.
Sorsa 1700-ban fonódott össze véglegesen II. Rákóczi Ferencével, akivel egy tokaji szőlőbirtok peres ügyében találkozott. A fejedelem így emlékezett vissza: „A nemesi származású Vay Ádám, akinek származásánál, képességeinél és annál a szeretetnél fogva, amellyel őt a kisnemesség körülvette, már akkor jó híre volt.” 1701-ben a Rákóczi Habsburg-ellenes összeesküvésében való részvétel miatt ismét letartóztatták, és több mint egy évig a bécsújhelyi börtönben raboskodott.
Szabadulása után a hajnácskői várába húzódott vissza. Amikor 1703 őszén a kurucok követelték a vár átadását, 5 hordó borral vendégelte meg őket, majd október közepén csatlakozott Rákóczihoz Tokajban. A fejedelem azonnal udvari kapitánnyá, majd a jászok és kunok főkapitányává nevezte ki. 1704-ben Munkács főkapitánya, az Udvari Tanács elnöke, később szenátor lett. Egyedülálló módon a magyar rendi konföderáció és az erdélyi fejedelemség politikai vezető testületének is tagja volt.
Míg a hadseregben Bercsényi Miklós, az ország igazgatásában Vay Ádám volt a második ember Rákóczi után. A fejedelem a közöttük lévő 20 évnyi korkülönbség miatt atyjaként tisztelte, tanácsaira mindig hallgatott. Vay Ádám személyisége ellentmondásos volt:
nem volt csatahős, inkább háttérben helyet foglaló, tárgyalásokat elősegítő elméleti szakember.
Különösen a vallásügyi vitáknál igyekezett mérséklőleg hatni a protestánsokra, közvetítve a református rendek és a katolikus fejedelem között.
A túlnyomórészt katolikus vallású, szinte kizárólag a főnemesség soraiból származó kuruc felső vezetés tisztelte, de nem igazán szerette a református vallásához végletekig ragaszkodó, középnemesi származású Vay Ádámot. Irigyei azt állították róla, hogy Rákóczi „rossz szelleme”, egyesek egyenesen az elmozdítását kérték. A fejedelem azonban nem vált meg tőle, mert tudta, hogy Vay Ádám tehetséges, vezetésre termett ember, aki sohasem fog az uralkodó hűségére felesküdni.
1711-ben, a szabadságharc bukása után nem önszántából, hanem a fejedelem felkérésére ment emigrációba Lengyelországba feleségével és gyermekeivel együtt. Ő volt az egyetlen a szabadságharc vezetői közül, akit Rákóczi kifejezetten megkért erre, mert féltette őt a császári megtorlástól. A száműzetésben Danckában (ma Gdańsk) élt, szegénységben. Mányoki Ádám festő kölcsönökkel segítette az elszegényedett kuruc vezért. A 33 évvel fiatalabb felesége, Zay Anna aranyozta be az idősödő Vay Ádám életét az emigrációban, egyszer a brokátszoknyájából kiolvasztott aranyszálak árából vásárolt élelmet gyermekeinek.
Vay Ádám még reménykedett a hazatérésben, és terveket készített birtokai mintauradalmakká alakítására egy reneszánsz ember természetátalakító kedvével. Ez már nem adatott meg neki. 1719. január 31-én halt meg Danckában, a lánya mellé temették a Szent Erzsébet-templomban.
Hamvait 1906-ban, Rákóczi és bujdosótársai újratemetésekor hozták haza. Holló Barnabás szobrászművész készítette el síremlékét, amelyet Vaján, a református templom kertjében avattak fel.
Budapest VIII. kerületében 1906-ban neveztek el egy rövid utcát a kuruc szenátor és udvari főkapitány emlékére, ez a Népszínház utcát köti össze a II. János Pál pápa térrel.
