Vanessa Bayer asistió a la Universidad de Pensilvania, donde se especializó en comunicación y francés, y se graduó en 2004. Mientras asistía a la universidad, Bayer hizo una pasantía en los programas de televisión Plaza Sésamo y Late Night with Conan O'Brien y participó en el elenco de Bloomers, una compañía de comedia musical y sketch exclusivamente femenina. Hasta el año 2012, Bayer colaboraba con su hermano Jonah en la serie web Sound Advice for Above Average. Bayer se unió al elenco de Saturday Night Live como comediante destacado el 25 de septiembre de 2010. A partir de la temporada 2012-2013, Bayer fue ascendida para forma parte del elenco. Obtuvo una nominación al Emmy en 2017 y el 20 de mayo de ese mismo año dejó el programa. Bayer apareció en películas como Esta chica es un desastre (2015), Ibiza (2018), entre otras. En 2022 presta su voz para el personaje de PB en la cinta animada DC Liga de Súpermascotas.