Írországban született, gyermekkorában családjával az Egyesült Államokba költözött. A Chestnut Hill College-ban diplomázott matematikából 1942-ben. A hadseregnek nagy szüksége volt képzett matematikusokra, így Kay is „emberi számítógép” lett a Moore School of Engineering-nél. 1945-ben hat nőt választottak ki, hogy az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) kifejlesztésén dolgozzanak: Kay McNulty, Marlyn Wescoff, Fran Bilas, Ruth Lichterman, Adele Goldstine, Betty Jennings. Az ENIAC több mint 3 m magas, kb. 25 m hosszú volt, és 30 tonnát nyomott. Programozását Kay és társai végezték.