Wallis Day, 1994 yılında Londra'da doğdu ve oyunculuk kariyerine erken yaşta başladı. Beş yaşında babasıyla birlikte baleler izlediğinde oyuncu olma arzusunu keşfetti. Day, oyunculuk eğitimini Sylvia Young Theatre School ve Arts Educational Schools, Londra'da aldı. Kariyeri boyunca çeşitli film ve televizyon yapımlarında rol aldı.
Day, 2018'de Krypton dizisinde Nyssa-Vex karakterini canlandırdı. Bu rol, kariyerinin önemli bir noktası oldu. 2019'da ise Batwoman dizisinde Kate Kane / Circe Sionis karakterini canlandırdı. Bu rol, Day'in tanınmasını sağlayan bir yapım oldu. 2021 yılında Sonsuz filminde Agent Shin karakterini canlandırdı. Day, 2025 yılında yayınlanacak olan Kızıl Sonja filminde Annisia karakterini canlandırdı.