Kerem Demirbay, 3 Temmuz 1993 tarihinde Almanya'nın Herten şehrinde doğmuştur. Türk kökenli bir Alman vatandaşıdır. Futbol kariyerini orta saha oyuncusu olarak sürdürmektedir. 2023 yılı itibarıyla Süper Lig takımlarından Galatasaray’da forma giymektedir. Taraftarlar arasında "Dayı" lakabıyla da anılmaktadır.

Demirbay, 1999 yılında FC Schalke 04 altyapısında futbola başlamıştır. Ardından Borussia Dortmund ve SG Wattenscheid 09 kulüplerinin genç takımlarında oynamıştır.

Profesyonel kariyerine 2012 yılında Borussia Dortmund II takımında başlamıştır. 21 Temmuz 2012'de VfL Osnabrück'e karşı ilk profesyonel maçına çıkmış, aynı sezon 1. FC Saarbrücken'e karşı ilk golünü atmıştır.

2013-2016 yılları arasında Hamburger SV'de forma giymiştir. Bu dönemde 1. FC Kaiserslautern (2014-2015) ve Fortuna Düsseldorf (2015-2016) kulüplerinde kiralık olarak oynamıştır. Fortuna Düsseldorf formasıyla 25 lig maçında 10 gol kaydetmiştir.

2016-2019 yılları arasında TSG Hoffenheim'da forma giymiştir. Bu dönemde UEFA Avrupa Ligi'ne katılma hakkı kazanan kadroda yer almıştır. Teknik direktör Julian Nagelsmann yönetiminde oynamıştır.

Demirbay, 9 Mayıs 2019 tarihinde yaklaşık 28-32 milyon € bonservis bedeliyle Bayer Leverkusen’e transfer olmuştur. Kulüp ile Bundesliga ve UEFA Şampiyonlar Ligi’nde mücadele etmiştir.

1 Ağustos 2023’te Galatasaray’a 3.7 milyon € bonservis bedeli karşılığında transfer olmuştur. 2023-2024 sezonunda Süper Lig şampiyonluğu ve 2023 Türkiye Süper Kupası zaferi yaşamıştır.

Demirbay, Türkiye U19 (7 maç, 1 gol), U20 (3 maç), ve U21 (2 maç) milli takımlarında forma giymiştir. 2017 yılında Almanya A Milli Takımı’nı tercih etmiş ve bu takımda 2 maçta oynayıp 1 gol atmıştır. Golünü 2017 FIFA Konfederasyonlar Kupası'nda Kamerun’a karşı kaydetmiştir.