U.C.0063、技術者であった父テム・レイと母カマリアの間に生まれる。出生地は北米西部のプリンスルパートと伝えられるが、日本の山陰地方とする説もある。テムとカマリアの夫婦仲は決して良くはなかったようで、V作戦の中心的技術者であったテムと幼いアムロが宇宙へと移住した際、カマリアは地球に残り、家族は別居状態となる。
U.C.0079、当時居住していたサイド7をシャア・アズナブルのモビルスーツ部隊が襲撃した際、偶然にもガンダムに搭乗し、初戦闘にも拘らずザクII2機を撃破、以降成り行きで地球連邦軍に徴用され、一年戦争終結までガンダムの正パイロットとなる。
アムロがパイロットとして戦争に参加した経緯は全くの偶然ではあるが、ガンダム自体の機体性能の高さと、アムロのニュータイプとしての能力の高さによる相乗効果は特筆すべきであり、アムロがガンダムで撃墜したモビルスーツの数は一説には100機を超えるという。当時エースパイロットの称号が敵機を5機撃墜したパイロットに与えられたものであったことを考えれば、正にアムロ・レイは一年戦争最強のエースパイロットであったといえよう。
一年戦争終了後はニュータイプの力を恐れた地球連邦軍により軟禁状態に置かれるが、その後脱走。グリプス戦役でエウーゴに参加、再びパイロットとなる。その後シャア・アズナブル=キャスバル・レム・ダイクンが起こした第二次ネオジオン抗争で地球に落下されようとする小惑星アクシズの落下を阻止しようとした際、戦死したと伝えられている。

