Florence Delay est la fille de Marie-Madeleine Carrez et de Jean Delay, psychiatre et écrivain, membre de l'Académie française, et la sœur de Claude Delay, écrivain et psychanalyste. Elle est mariée avec le producteur de cinéma Maurice Bernart.
Elle a été élève du lycée Jean-de-La-Fontaine puis a étudié l'espagnol à la Sorbonne.
Agrégée d'espagnol, elle a enseigné la littérature générale et comparée à l'université Sorbonne Nouvelle - Paris 3.
En 1973, elle publie son premier roman d’éducation, Minuit sur les jeux. À partir de Petites Formes en prose après Edison (1987), elle alterne romans, essais et proses. Elle obtient le prix Femina en 1983 pour Riche et légère, le prix François-Mauriac en 1990 pour Etxemendi, le grand prix du roman de la Ville de Paris en 1999 et le prix de l’Essai de l’Académie française pour Dit Nerval.
Élève à l’École du Vieux-Colombier, elle a ensuite été régisseur-stagiaire au Festival d’Avignon, assistante de Raymond Rouleau au théâtre du Gymnase, de Georges Wilson au Théâtre national populaire (TNP). Elle a traduit La Célestine de Fernando de Rojas, mise en scène par Antoine Vitez en 1989, puis, dans une autre version, par Christian Schiaretti, au T.N.P. en 2011, ainsi que des œuvres du Siècle d'Or (Calderón de la Barca, Lope de Vega) qui sont entrées au répertoire de la Comédie-française.
Avec Jacques Roubaud, elle a composé, un cycle de dix pièces : Graal théâtre, sur la « matière de Bretagne ».
Elle a été juré du prix Femina (1978-1982), membre du comité de lecture des Éditions Gallimard (1979-1987), membre du conseil de rédaction de la revue Critique (1978-1995), chroniqueur dramatique de La Nouvelle Revue française (1978-1985), membre du comité de lecture de la Comédie-Française (2002-2006).