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Warleigh begann, angeregt von Paul Desmond, Ende der 1950er Jahre professionell Jazzmusik zu spielen. 1960 kam er nach England, wo er zunächst mit Michael Gibbs und Alexis Korner, später mit Tubby Hayes, Humphrey Lyttelton, Ronnie Scott und Mike Westbrook arbeitete. 1968 veröffentlichte er sein erstes eigenes Album unter dem Titel Ray Warleigh's First Album (mit Gordon Beck, Terry Cox, Dave Goldberg, George Kish, Kenny Napper, Ronnie Stephenson).
Er wirkte als Sideman an Aufnahmen von Long John Baldry, Nick Drake, John Mayall, Champion Jack Dupree, Annette Peacock, Beaver Morrison und Georgie Fame mit und war in den 1970er Jahren Mitglied des Spontaneous Music Ensemble von John Stevens. Außerdem arbeitete er mit dem Gitarristen Allan Holdsworth, war Mitglied der Latinband Paz und nahm eigene Alben auf.
In den 1980er Jahren spielte er u.a. mit dem WDR-Rundfunkorchester und der Bigband von Charlie Watts, dem Schlagzeuger der Rolling Stones. In den 1990er Jahren arbeitete er weiter mit eigenem Quartett und spielte Aufnahmen mit Kenny Wheeler und dem klassischen Komponisten Gavin Bryars ein.
Mit dem Album Rue Victor Massé, erschienen auf dem Label Psi, schaffte er es in die Auswahl der CDs des Jahres 2009 der Zeitschrift The Wire (Wikipedia)