Родился в Токио в 1978 году. В 2005 году закончил Университет прикладного искусства в Токио. Дипломная работа «Комната консультаций» (2005) была показана в программе Двухнедельника режиссеров Каннского кинофестиваля и на множестве других фестивалей. В 2006 году совместно с другими режиссерами-аниматорами принял участие в создании фильма «Токийская петля». В 2007 году закончил аспирантуру. В 2008 году вышла работа режиссера «Мыло», удостоенная приза за лучший фильм на Фестивале короткометражных фильмов в Оберхаузене, приза на Фестивале искусств и медиа в Йокогаме и других наград.
Работая в самобытной технике коллажа увеличенных фотографий, Кэй Ояма утвердил оригинальные способы выражения увиденного.