Ai Kayano se interesó en la actuación de voz mientras miraba películas extranjeras, que están dobladas al japonés en Japón. Mientras aprendió sobre la profesión seiyuu en la escuela secundaria, primero se interesó en convertirse en una esteticista. Después de completar la escuela vocacional de belleza, Kayano se inscribió en la Escuela de actores de voz Pro-Fit y se graduó en 2010, debutando en abril como seiyuu profesional. Kayano asumió varios papeles menores antes de obtener su primer papel regular como Itsuwa en la serie Toaru Majutsu no Index. En 2011, debutó en su primer papel principal en Ano Hi Mita Hana no Namae wo Bokutachi wa Mada Shiranai. como Meiko Honma. La actuación de Kayanos en la serie resultó en que fuera nombrada recién llegada del año en la sexta entrega anual de los Premios Seiyuu. Kayano dejó la agencia de talentos Pro-Fit en septiembre de 2014 y se unió a Office Osawa en enero de 2015. Como fanática del sake, Kayano presenta un programa web titulado Kayanomi en el que prueba varios tipos de sake.