Карли Рэй Джепсен родилась 21 ноября 1985 года в городе Мишен, Британская Колумбия, Канада. Джепсен посещала среднюю школу «Heritage Park» в Миссионе, провинции Британской Колумбии. Перед прослушиванием для «Canadian Idol», она училась в колледже Исполнительских искусств в городе Виктория.
После завершения турне «Canadian Idol tour», Джепсен вернулась домой, чтобы сфокусировать внимание на сочинении текстов песен и записи. Вскоре Джепсен подписала контракт с рекорд-лейблами Fontana и MapleMusic и начала работу с продюсером Райаном Стевардом.
В июне 2008 года вышел дебютный сингл Джепсен, кавер на сингл Джона Денвера, «Sunshine On My Shoulders». Это единственный кавер на её дебютном альбоме. 21 июля 2008 года Джепсен добавила две новые песни с альбома на свою страницу в MySpace «Bucket» и «Heavy Lifting».
В августе 2008 года Джепсен на своей странице в MySpace написала о том, что её дебютный альбом, получивший название «Tug of War», выйдет 30 сентября 2008 года. Также на странице сообщалось название двух песен вошедших в альбом: «Tug of War» и «Sweet Talker». Эти две песни появились в продаже на iTunes 16 сентября 2008 года и в ротации на радиостанциях в Канаде.
Клип на сингл «Tug of War» вышел в январе 2009 года. В мае вышло видео на второй сингл с дебютного альбома «Bucket». Режиссёром всех клипов стал Бен Кнештон. Весной 2009 Джепсен вместе с группой «Marianas Trench» и певицей Shiloh отправилась в турне по Канаде.
Джепсен выпустила свой второй альбом «Curiosity» в феврале 2012 года. Продюсером альбома стал Райан Стевард, а Кевин Джеймс Маер спродюсировал трек «Dear Julien» для этого альбома.
В сентябре 2011 вышел сингл «Call Me Maybe» со второго студийного альбома «Curiosity», продюсерами сингла стали Джош Рамсей и Маринас Тренч. «Call Me Maybe» - первая песня канадского исполнителя, достигшая первой позиции в чарте цифровых загрузок в Канаде с января 2010 года. Также это одиннадцатая песня канадского исполнителя, сумевшая возглавить чарт цифровых загрузок, отслеживаемый Nielsen SoundScan с 2005 года. Песня также поднялась на первое место в Billboard's Canadian Hot 100, позволив Джепсен стать четвёртым канадским исполнителем, сумевшим возглавить этот чарт, после Аврил Лавин с «Girlfriend», Никки Яновски с «I Believe» и Young Artists for Haiti с «Wavin' Flag».
Джепсен впервые выступила на американском телевидении 23 марта 2012 года в «The Ellen DeGeneres Show», исполнив «Call Me Maybe». Карли Рэй также стала первым участником «Canadian Idol», сумевшим возглавить «UK Singles Chart» с синглом «Call Me Maybe».
В марте 2015 года Джепсен выпустила первый сингл «I Really Like You» с нового альбома. Одноимённый клип певицы с участием звезды Голливуда, знаменитого актёра, режиссёра и продюсера Тома Хэнкса сразу занял лидирующие позиции в чартах Европы и Северной Америки, стал хитом Интернета и музыкальных теле и радиоканалов по всему миру.