Diplômé de l’Institut d’études politiques de Lyon (1974), enseignant de lettres modernes (1974-77), il est très tôt attiré par l’action culturelle. Début 1977, il devient directeur adjoint du Théâtre de l’Est lyonnais, structure qui fédère plusieurs villes de la communauté urbaine de Lyon et abrite le projet artistique de la Compagnie de la Satire.
Fin 1978, il est nommé administrateur général de l’Atelier lyrique du Rhin, institution associée à l’Opéra du Rhin, qui mène une démarche de création en faveur du genre lyrique contemporain. Il se familiarise alors avec les principaux courants de la vie musicale et assure, en parallèle à sa mission, la production déléguée de deux éditions (1980 et 82) de la « Biennale Voix, Théâtre et Musiques d’Aujourd’hui » organisée à la Maison de la culture de Nanterre.
En 1982, il crée, à la demande du ministère de la culture et de la ville de Strasbourg, le Festival international des musiques d’aujourd’hui, dénommé Musica, dont il assurera la direction générale jusqu’à la fin 1986 et dont il deviendra président en 2017. Il s’attache à promouvoir, à Strasbourg et en Région Alsace, un modèle de diffusion basé sur une confrontation affirmée entre les différentes esthétiques et sur une inscription des nouvelles générations dans une histoire musicale plus ouverte, afin de favoriser la rencontre de la création avec de larges publics. En 1984, il est désigné « Révélation musicale de l’année » par le Syndicat des journalistes musicaux pour le succès de cette manifestation.
Début 1987, il est nommé directeur artistique de l’Ircam (Institut de recherche et de coordination acoustique associé au Centre Pompidou, fondé et alors dirigé par Pierre Boulez). Il vise à accroître dans un premier temps les liens de l’institution avec les grands pôles internationaux (tournées et partenariats universitaires en Europe, en URSS, au Japon ou aux Etats-Unis…) et à renforcer la venue de nouvelles générations de musiciens (création d’un département pédagogie dès 1989). Parallèlement, il assure, de 1987 à 1989, une mission de conseil aux programmes musicaux de la Sept, où il aide, durant ses trois premières années de lancement, la chaîne culturelle nouvellement créée à sélectionner ses projets.
En 1992, il succède à Pierre Boulez à la direction de l’Ircam dont il souhaite repenser la ligne générale tout en restant fidèle aux attendus de départ. Conscient des modifications fondamentales intervenues dans le domaine de la divulgation des nouvelles technologies, il met en place des plates-formes favorisant l’utilisation des logiciels musicaux par une large communauté (Forum Ircam) et la diffusion des créations auprès de publics diversifiés (festival Agora). Il contribue à l’élargissement des missions de l’institution par la création dès 1995 d’une médiathèque proposant aux mélomanes des usages informatisés très performants et par l’ouverture en 1998 d’un « département danse » associant la démarche des chorégraphes et des compositeurs.
Depuis le 15 décembre 2001, il est directeur général de la Cité de la musique. Le ministre de la culture et de la communication lui confie également en 2003 le suivi de la rénovation de la Salle Pleyel et, dès sa réouverture en 2006, la présidence de la structure de gestion de Pleyel qui devient une filiale de la Cité de la musique.
Lors d’une conférence de presse donnée le 6 mars 2006, le ministre de la culture et de la communication et le maire de Paris annoncent conjointement le projet de création d’un nouveau complexe musical basé sur la construction d’un auditorium symphonique implanté sur le parc de la Villette dont la conception est confiée à l’architecte Jean Nouvel. Laurent Bayle est alors nommé président de l’association de préfiguration de la Philharmonie de Paris.
En 2010, il lance les orchestres d’enfants dénommés Démos (Dispositif d’éducation musicale et orchestrale à vocation sociale) qui se développent progressivement dans les quartiers défavorisés sur tout le territoire national, avec pour objectif d’irriguer chaque des régions et d’atteindre une soixantaine d’orchestres d’ici 2020.
La Philharmonie de Paris est inaugurée le 14 janvier 2015. Un décret du 24 septembre 2015 crée le nouvel établissement public Cité de la musique – Philharmonie de Paris, cofinancé par l’Etat et la ville de Paris. Ce grand équipement musical regroupe trois salles de concert (2.400 places, 900 places et 250 places), le Musée de la musique (incluant une très riche collection nationale et des espaces d’exposition temporaire) ainsi qu’un important pôle éducatif (incluant des espaces d’ateliers collectifs, des salles de conférence et une médiathèque disposant de plus de 50.000 ressources musicales numériques).
Le 30 mars 2016, sur proposition de la ministre de la culture et de la communication, en accord avec la maire de Paris, le Président de la République nomme Laurent Bayle directeur général de cet établissement pour un mandat de cinq ans.
En avril 2018, la ministre de la culture et de la communication et la maire de Paris lui confient la mission d’intégrer l’Orchestre de Paris (principal résident de la Philharmonie) au sein de l’établissement public de la Cité de la musique – Philharmonie de Paris.
