Ai Kayano interessierte sich für Sprachausgabe, während er ausländische Filme sah, die in Japan auf Japanisch synchronisiert werden. Während sie in der High School etwas über den Seiyuu-Beruf lernte, war sie zunächst daran interessiert, Kosmetikerin zu werden. Nach Abschluss der Schönheitsberufsschule schrieb sich Kayano in die Pro-Fit Voice Actors School ein und schloss sie 2010 ab. Im April debütierte er als professioneller Seiyuu. Kayano übernahm eine Reihe von Nebenrollen, bevor sie ihre erste reguläre Rolle als Itsuwa in der Toaru Majutsu no Index-Reihe erhielt. 2011 debütierte sie in ihrer ersten Hauptrolle in Ano Hi Mita Hana no Namae wo Bokutachi wa Mada Shiranai. als Meiko Honma. Kayanos Auftritt in der Serie führte dazu, dass sie bei den 6. jährlichen Seiyuu Awards als Newcomerin des Jahres ausgezeichnet wurde. Kayano verließ die Pro-Fit-Talentagentur im September 2014 und kam im Januar 2015 zu Office Osawa. Als Fan von Sake moderiert Kayano ein Webprogramm mit dem Titel Kayanomi, in dem sie verschiedene Arten von Sake probiert.