Cesare Gai, figlio del ceramista Pietro, nasce a Pesaro nel 1843 e, a poco più di vent'anni, inizia a lavorare, come decoratore, presso la fabbrica di maioliche artistiche "Benucci e Latti", di cui il padre era stato direttore.
Mette subito in mostra il suo talento e alcune sue opere partecipano nel 1871 all'Esposizione Nazionale di Milano.
Nel 1873 è presente, con una gigantesca anfora decorata con fregi neoclassici, all'Esposizione Universale di Vienna.
Ancora partecipa con la "Benucci e Latti" all'Esposizione Universale di Filadelfia del 1876, all'Esposizione Nazionale di Napoli del 1877 e all'Esposizione Mondiale di Parigi del 1878
Nel 1880 passa dalla  "Benucci e Latti" alle dipendenze di Vincenzo Molaroni, nipote del Latti, che aveva rilevato l'azienda dello zio.
Ottimo decoratore si dedica all'imitazione delle maioliche istoriate della tradizione pesarese e urbinate del Cinquecento ottenendo numerosi premi ed encomi a varie mostre ed esposizioni.
Nel 1885 fonda con Attilio Berarducci, Romolo Bezziccheri e Cesare del Vedovo la "Società Ceramica Artistica".
In seguito lavora per le fabbriche "Berarducci & C.", "Fratelli Giuliani" e "M.A.P." di Ferruccio Mengaroni.
Nel 1907 torna nuovamente a lavorare per la manifattura "Molaroni" e alcuni suoi lavori sono pubblicati sul catalogo della ditta del 1912-13.
Muore il 2 novembre del 1918