Рис Мэй (имя данное при рождении) родился 21 апреля 1909 года в небольшом городе Ада, штат Огайо. У него была старшая сестра и пять младших братьев. То есть всего его родители, Эрл Тайтл Мэй и Мэти Баутон Мэй, имели семерых детей. Вскоре после рождения Риса его семья переехала в Марин-Сити, штат Мичиган, где он и провел свои детские годы.
Родители Мэя были малообразованными. Они мало занимались детьми, плохо ладили друг с другом, что впоследствии привело к их разводу в 1933 году. Старшая сестра Ролло страдала шизофренией. Под влиянием этих тяжёлых жизненных обстоятельств Рис Мэй сменил имя.
Окончив школу, Ролло Мэй поступил в Мичиганский государственный колледж сельского хозяйства и прикладных наук. Во время учёбы Ролло стал сооснователем журнала, критиковавшего действия властей, что привело его к исключению из колледжа. После исключения, Ролло взяли в Оберлинский колледж, где он и получил в 1930 году степень бакалавра с основной специализацией по английскому языку и дополнительными специализациями по греческой литературе и истории.
По окончании колледжа Мэй переехал в город Салоники (Греция), где занялся преподавательской деятельностью. Тогда же он посещал лекции Альфреда Адлера.
В 1933 году, в связи с разводом родителей, Ролло Мэй вернулся в США, где поступил в Нью-Йоркскую объединённую теологическую семинарию. Во время учёбы Мэй познакомился с известным теологом и философом Паулем Тиллихом, бежавшим из нацистской Германии и продолжившим академическую карьеру в Америке. Они стали друзьями и оставались ими более тридцати лет.
В 1938 году, по окончании семинарии Ролло Мэй защитил, под руководством Тиллиха, научную степень по богословию и был рукоположен в священники церковной конгрегации Нью-Джерси, где прослужил пастором в течение двух лет. В этом же году он женился на Флоренции Де Фриз (англ. Florence De Frees), своей первой жене, родившей ему сына и двух дочерей-близняшек.
Оставив работу пастора, Ролло Мэй прошёл курс обучения в Институте психиатрии, психоанализа и психологии Уильяма Алансона Уайта (англ.)русск., одновременно работая в Нью-Йоркском Сити-колледже в качестве психолога-консультанта. В Сити-колледже Мэй познакомился, в частности, с одним из его основателей - Гарри Салливаном.
В 1942 году Мэй заболел туберкулёзом и полтора года провёл в больнице, откуда вышел с убеждением, что основной причиной его выздоровления стала проделанная им внутренняя работа, а не усилия врачей.
В 1946 году открыл частную практику.
В 1948 году стал психотерапевтом и вошёл в состав преподавателей Институте психиатрии, психоанализа и психологии Уильяма Алансона Уайта (англ.)русск., где продолжил работать до 1974 года.
В 1949 году получил степень доктора философии по клинической психологии в Педагогическом колледже (англ.)русск. при Колумбийском университете. Это была первая Ph.D. степень в этой области, выданная Колумбийским Университетом.
В 1969 году развёлся со своей первой женой.
В 1971 году женился на Ингрид Скулл (англ. Ingrid Scholl).
В 1978 году вновь развёлся.
В 1989 году женился на Джорджии Ли Милл Джонсон (англ. Georgia Lee Mill Johnson).
В 1994 году умер от хронической сердечной недостаточности в городе Тибуроне, штат Калифорния, где он жил с середины семидесятых. Ему было 85 лет.
Вскоре после возвращения из санатория, где он лечился от туберкулёза, Мэй оформил записи своих размышлений о тревоге в виде докторской диссертации и опубликовал ее под заглавием «Значение тревоги» (1950 год). За этой первой крупной публикацией последовало множество книг, которые принесли ему общенациональную, а потом и мировую известность. Наиболее известная его книга - «Любовь и воля» - вышла в 1969 году, стала бестселлером и в следующем году была удостоена премии Ральфа Эмерсона (англ.)русск.. А в 1972 году Нью-Йоркское общество клинических психологов присудило Мэю Премию доктора Мартина Лютера Кинга Младшего за книгу «Власть и невинность».
Помимо этого, Мэй вел активную педагогическую и клиническую работу. Он читал лекции в Гарварде и Принстоне, в разное время преподавал в Йельском и Колумбийском университетах, в Дартмутском колледже, Оберлинском колледже и Колледже Вассара, а также в Новой школе социальных исследований в Нью-Йорке. Он был внештатным профессором Нью-Йоркского университета, председателем Совета ассоциации экзистенциальной психологии и членом Попечительского совета Американского фонда душевного здоровья.