Anne-Sophie Le Lay a démarré sa carrière comme avocate, à Paris puis Toronto. En 2001, elle rejoint la direction juridique du Groupe Renault, avant d’en prendre la responsabilité en 2011.
En 2018, Anne-Sophie Le Lay devient Secrétaire Générale d’Air France-KLM, membre du Comité Exécutif, en charge des affaires institutionnelles et internationales, de la direction juridique, de la communication et du développement durable, ainsi que secrétaire du Conseil d’Administration.
Anne-Sophie Le Lay est par ailleurs administratrice et membre du Comité d’Audit et d’Ethique du groupe Orano. Elle est également vice-présidente du Cercle Montesquieu.