Issue d’une famille modeste, Alice Bailly abandonne ses études d’allemand pour suivre, à Genève, de 1891 à 1895, les cours de dessin de l’École des demoiselles, attenante aux Beaux-Arts dont l’accès reste interdit aux femmes. En 1904, elle s’installe à Paris, où elle rejoint la colonie d’artistes suisses de la rue Boissonade, à Montparnasse. Parmi ses envois à l’exposition
municipale de Genève de 1907, le tableau Trois torses de femmes (1907), redevable de la touche expressive de Vincent van Gogh et du synthétisme de Paul Gauguin, emprunte également au colorisme matissien. En 1909, elle expose au Salon des indépendants, au Salon d’automne et à la Kunstausstellung (« Exposition d’art ») de Munich. En 1912, elle expose de nouveau aux Indépendants, aux côtés des cubistes André Lhote et Jean Marchand (dit Mercator), marquant ainsi son adhésion à ce mouvement. L’année suivante, son tableau Dans la chapelle (1912), révélant l’influence de Robert Delaunay, est remarqué par Guillaume Apollinaire. La même année, elle se rapproche du mouvement futuriste et renoue avec la couleur (Fantaisie équestre de la dame rose). Elle bénéficie alors d’une première exposition personnelle, au musée Rath de Genève.

Durant la Première Guerre mondiale, revenue en Suisse, elle fréquente les milieux dadaïstes zurichois – elle publiera un dessin-idéogramme dans 391, la revue de Francis Picabia, en 1919 – et poursuit ses recherches, à l’huile, entre cubisme et futurisme. Elle produit aussi des œuvres d’art textile : L’Ami Spiess (tableau-laine, 1918). Bien que soutenue par l’industriel et mécène de Winterthur Werner Reinhart, elle connaît des difficultés financières. Elle effectue plusieurs voyages en Italie, déterminants pour son œuvre (Intérieur de cour, 1929). Danseurs et musiciens forgent pendant les années 1920 une part importante de son répertoire iconographique, justifiant sa participation, en 1936, à la commande du Théâtre municipal de Lausanne (Entracte et Forêt enchantée). La première rétrospective de son travail est présentée par le musée cantonal des Beaux-Arts de Lausanne, quelques mois après sa mort. Créée en 1946, la fondation Alice-Bailly est destinée à soutenir financièrement de jeunes plasticiens suisses.