Xavier Dayer est né à Genève. Il étudie la composition dans sa ville natale avec Eric Gaudibert, puis avec Tristan Murail et Brian Ferneyhough à Paris (IRCAM et fondation Royaumont).
Il a également obtenu un diplôme de guitare classique avec Matthias Spaeter au Conservatoire de Fribourg en 1995.
Il est lauréat de plusieurs prix de composition dont le Prix de la fondation Bürgi-Willert décerné par Heinz Holliger et le Prix FEMS de la fondation Sandoz décerné par Henri Dutilleux.

Il a reçu de nombreuses commandes (pour le Grand Théâtre de Genève, l'Opéra de Paris, l'IRCAM, l'Orchestre de la Suisse romande, le SWR-Vokalensemble de Stuttgart, l'Ensemble Contrechamps, l'Ensemble Collegium Novum Zürich, les Neuen Vocalisten Stuttgart, le Niew Ensemble Amsterdam, l'Orchestre de chambre de Lausanne, le festival Archipel...)
En 2004 et en 2007, le festival d'Automne à Paris lui consacre des concerts portraits. Son opéra Mémoires d'une jeune fille triste est créé au Grand Théâtre de Genève en mai 2005. L'atelier lyrique de l'Opéra national de Paris lui commande un nouvel opéra de chambre Les Aveugles créé en juin 2006. En mai 2007, Delights, pour huit voix, ensemble, et électronique, commandée par l'IRCAM, est créé à la cité de la musique à Paris par l'Ensemble intercontemporain.

Depuis 2004, il est professeur de composition à la Haute école des arts de Berne (HKB / HEAB). Dès 2009, il y dirige la filière Master en composition et théorie. En août 2008, il enseigne au côté de Brian Ferneyhough lors de la 19ème session de composition Voix Nouvelles 2008 de la fondation Royaumont.
Il est pensionnaire de la villa Médicis à Rome en 2008/2009.