詹姆斯·麦卡沃伊生于1979年，在格拉斯哥度过典型的苏格兰式童年，父亲是一名建筑工人，母亲伊丽莎白是一名精神科护士。七岁时遭遇父母离异，他不得已被送到外婆家常年生活，自13岁之后他便再也没有见过自己的亲生父亲。少年时期麦卡沃伊对科幻电影尤其情有独钟，尽管童年时他最大的梦想是成为一名牧师，但是经过数年的电影熏陶，“演员”这两个字在头脑中渐渐明晰起来，一跃成为他最向往的职业。
1994年，詹姆斯·麦卡沃伊在一次学校赞助的工作实习活动上，麦卡沃伊巧遇了苏格兰演员大卫·哈曼。四个月后，麦卡沃伊接到了哈曼打来的电话，通知他到电影《隔壁房间》（The Near Room）中试镜，尽管初登银幕的麦卡沃伊只是出演了皮条客的儿子这样一个角色，但还是为他成功获得了苏格兰皇家音乐与戏剧学院的入学通知书。
2001年，詹姆斯·麦卡沃伊出演了战争电视剧《兄弟连》中的一个小角色。之后，在2002年9月播出的电视剧《白牙》以及10月播出的电视剧《战地神探》中出演了配角。
2003年，詹姆斯出演剧集《沙丘魔堡》，他饰演的莱托·亚崔迪公爵在全剧第二部分中登场。
2004年，詹姆斯出演了爱情浪漫电影《情定温布尔登》中保罗·贝坦尼的弟弟卡尔一角；同年，他分别出演了两部由BBC制作的悬疑题材电视剧《政局密云》和关注工薪阶层生活的《无耻之徒》，凭借在《无耻之徒》一剧中的表现，詹姆斯·麦卡沃伊提名了英国喜剧奖最佳电视喜剧新人奖，以及英国电影和电视艺术学院奖的新人奖。同一年，他还凭借在电影《生命的舞动》中的表现提名了第25届伦敦影评人协会奖最佳男演员奖。
2005年，在奇幻电影《纳尼亚传奇：狮子、女巫和魔衣柜》一片中，詹姆斯·麦卡沃依饰演了“半羊人”图姆纳斯，凭借此电影中的表现他“第26届伦敦影评人协会奖”英国年度最佳男配角和2005年度《帝国》电影奖最佳新人奖的提名。11月7日，詹姆斯参演的4集电视剧《莎士比亚重现》在英国播出。
2007年，詹姆斯出演的历史片《末代独裁》上映，他在片中饰演乌干达独裁者阿明的私人医生，在该片中的表现，使得他获得了“第60届戛纳电影节”的“肖邦奖·最佳新人男演员”。3月9日上映的爱情电影《成为简·奥斯汀》中，詹姆斯饰演了汤姆·勒弗罗伊一角。9月7日，詹姆斯在英国上映的悬疑爱情影片《赎罪》中饰演了罗比·特纳，凭借此获得了“第28届伦敦影评人协会奖”最佳英国男主角、2007年度“《帝国》电影奖”最佳男主角，并提名了“第65届金球奖”剧情类电影最佳男主角、“第21届欧洲电影奖”最佳男演员等奖项。11月10日，他主演的爱情电影《恋爱学分》上映。
2008年，詹姆斯·麦卡沃伊参演的喜剧电影《真爱之吻》在美国上映，片中他饰演了为了钱而冒充没落贵族的强尼。6月，由他与安吉丽娜·朱莉合作主演的电影《通缉令》上映，片中饰演经历变故无奈加入杀手组织，开始复仇之路的韦斯利。
2009年，詹姆斯在描述晚年托尔斯泰生活的传记电影《最后一站》中，饰演了列夫·托尔斯泰的助理沃伦蒂，也因此提名了“第14届金卫星奖”最佳男配角奖，该片2010年1月28日上映。
2011年，上映的动画电影《吉诺密欧与朱丽叶》中，詹姆斯·麦卡沃伊为吉诺密欧配音；4月由他参演的剧情电影《共犯》（又名：女同谋）上映；6月詹姆斯在科幻电影《X战警：第一战》中首次饰演青年X教授，此前该角色由英国演员帕特里克·斯图尔特饰演；11月11日，由他配音出演的影片《亚瑟·圣诞》在英国上映。
2013年，詹姆斯·麦卡沃伊主演动作电影《双雄》在英国上映，片中他饰演了勇猛果敢的警察麦克斯·莱温斯基；3月27日，他主演的悬疑影片《恍惚》上映；9月27日上映的影片《污垢》中，詹姆斯·麦卡沃伊饰演了一名贪污受贿、吸毒成瘾，亦正亦邪的苏格兰警察，凭借该片詹姆斯获得了“第16届英国独立电影奖”最佳男主角、“第34届伦敦影评人协会奖”年度英国男演员以及2013年度“《帝国》电影奖”最佳男主角。
2014年，电影《X战警：逆转未来》上映，片中詹姆斯·麦卡沃伊再次饰演了青年时期的X教授；9月26日由他与杰西卡·查斯坦共同主演的爱情电影《他和她的孤独情事》上映，此前该片分为男女不同角度的《他和她的孤独情事：他》和《他和她的孤独情事：她》。
2015年，詹姆斯·麦卡沃伊在改编自玛丽·雪莱科幻小说的电影《维克多·弗兰肯斯坦》中饰演了“科学怪人”——维克多·弗兰肯斯坦。2016年5月27日上映的影片《X战警：天启》中，詹姆斯·麦卡沃伊第三次饰演了青年时期的X教授。
2017年，由詹姆斯主演的惊悚影片《分裂》在美国上映，片中他饰演了24种多重人格精神分裂患者凯文，并凭借在该片中的表现获得2017年度圣地亚哥影评人协会奖最佳男主角。7月28日，詹姆斯搭档查理兹·塞隆主演的动作电影《极寒之城》上映。
2018年，由詹姆斯配音出演的动画电影《吉诺密欧与朱丽叶2：夏洛克·糯尔摩斯》上映。詹姆斯在4月13日上映的惊悚电影《淹没》中饰演液压工程师詹姆斯·莫尔。
2019年，参演由M·奈特·沙马兰执导的电影《玻璃先生》在北美上映；6月7日，参演的电影《X战警：黑凤凰》在美国上映；9月6日，参演的电影《小丑回魂2》在美国上映，片中饰演成年比尔；11月4日，参演的电视剧《黑暗物质》播出，在剧中饰演艾塞列公爵。
小丑回魂22019-09-06 饰演Bill Denbrough 导演安德斯·穆斯切蒂 主演杰西卡·查斯坦
X战警：黑凤凰2019-06-07 饰演查尔斯·泽维尔（X教授） 导演西蒙·金伯格 主演索菲·特纳
玻璃先生2019 饰演凯文 导演M·奈特·沙马兰 主演布鲁斯·威利斯
淹没2018-04-13 饰演詹姆斯·莫尔 导演维姆·文德斯 主演艾丽西亚·维坎德、亚历山大·希迪格、夏洛特·兰普林
极寒之城2017-07-28 饰演大卫·珀西瓦尔 导演大卫·雷奇 主演查理兹·塞隆、约翰·古德曼、索菲亚·波多拉
分裂2017-01-20 饰演凯文 导演M·奈特·沙马兰 主演安雅·泰勒-乔伊、贝蒂·巴克利、海利·路·理查森
X战警：天启2016-05-27 饰演查尔斯·泽维尔（X教授） 导演布莱恩·辛格 主演迈克尔·法斯宾德、詹妮弗·劳伦斯、尼古拉斯·霍尔特
维克多·弗兰肯斯坦2015-11-25 饰演维克多·弗兰肯斯坦 导演保罗·麦奎根 主演丹尼尔·雷德克里夫、杰西卡·布朗·芬德利、安德鲁·斯科特
他和她的孤独情事2014-09-26 饰演康纳 导演内德·本森 主演杰西卡·查斯坦、妮娜·阿里安达、伊莎贝尔·于佩尔
X战警：逆转未来2014-05-23 饰演查尔斯·泽维尔（X教授） 导演布莱恩·辛格 主演休·杰克曼、迈克尔·法斯宾德、詹妮弗·劳伦斯
污垢2013-09-27 饰演布鲁斯·罗伯特森 导演乔·拜尔德 主演杰米·贝尔、埃迪·马森、伊莫琴·普茨
恍惚2013-03-27 饰演西蒙 导演丹尼·鲍尔 主演罗莎里奥·道森、文森·卡索
双雄2013-03-27 饰演麦克斯·莱温斯基 导演埃兰·克里维 主演马克·斯特朗、安德丽亚·瑞斯波罗格、伊莱耶斯·加贝尔
X战警：第一战2011-06-03 饰演查尔斯·泽维尔（X教授） 导演马修·沃恩 主演迈克尔·法斯宾德、詹纽瑞·琼斯、詹妮弗·劳伦斯、尼古拉斯·霍尔特
共犯2011-04-15 饰演弗雷德里克·艾肯 导演罗伯特·雷德福 主演罗宾·怀特、汤姆·威尔金森、埃文·蕾切尔·伍德
最后一站2010-01-28 饰演瓦伦汀 导演迈克尔·霍夫曼 主演海伦·米伦、克里斯托弗·普卢默、安-玛莉·杜芙、保罗·吉亚玛提
通缉令2008-06-27 饰演韦斯利 导演提莫·贝克曼贝托夫 主演安吉丽娜·朱莉、摩根·弗里曼、克里斯·帕拉特、马克·沃伦
真爱之吻2008-02-01 饰演强尼·马丁 导演马克·波兰斯基 主演克里斯蒂娜·里奇、凯瑟琳·欧·哈拉、瑞茜·威瑟斯彭
赎罪2007-09-07 饰演罗比·特纳 导演乔·怀特 主演凯拉·奈特利、西尔莎·罗南
成为简·奥斯汀2007-03-09 饰演汤姆·勒弗罗伊 导演朱利安·杰拉德 主演安妮·海瑟薇、朱丽·沃特斯、玛吉·史密斯
黑暗物质三部曲2019-11-03 饰演Lord Asriel 导演汤姆·霍珀 主演达芙妮·基恩
莎士比亚重现2005-11-07 饰演Joe Macbeth 导演布莱恩·派西维尔、马克·布罗泽、David Richards、Ed Fraiman 主演莎拉·帕里什、戴米恩·路易斯、比莉·派佩、汤姆·艾利斯
无耻之徒2004-01-13 饰演史蒂夫 导演保罗·艾伯特 主演安-玛莉·杜芙、大卫·斯瑞弗、玛克辛·皮克
沙丘之子2003-03-16 饰演莱托·亚崔迪II 导演葛·艾坦尼斯 主演亚力克·纽曼、爱德华多·阿特尔顿、朱莉·考科斯
Early Doors2003-00 饰演利亚姆
政局密云2003-00 饰演丹·福斯特 导演Adrian Shergold、Craig Cash 主演John Henshaw、Rita May、马克·本顿
战地神探2002-10-27 饰演雷·普理查德 导演杰里米·希尔波斯顿、大卫·萨克尔 主演迈克尔·基臣、安东尼·豪威尔、汉妮萨科·维克斯、朱利安·欧文登
白牙2002-09-17 饰演杰克 导演扎迪·史密斯 主演欧姆·普瑞、菲利普·戴维斯
兄弟连2001-09-09 饰演詹姆斯·米勒 导演菲尔·奥尔登·罗宾森、迈克尔·塞洛蒙、大卫·努特尔、汤姆·汉克斯、大卫·李兰特、大卫·弗兰科尔 主演戴米恩·刘易斯、大卫·修蒙、德克斯特·弗莱彻、科林·汉克斯
杀手之心2001-04-22 饰演马丁·沃斯珀 导演科奇·吉尔佐 主演大卫·苏切特、凯文·沃特利、提摩西·韦斯特
2017 2017年度MTV电影奖-最佳电影主角 《分裂》 （提名）
2017 2017年度圣地亚哥影评人协会奖-最佳男主角 《分裂》 （获奖）
2013 第34届伦敦影评人协会奖-英国年度最佳男主角 《污垢》 （获奖）
2013 第16届英国独立电影奖-最佳男主角 《污垢》 （获奖）
2013 2013年度《帝国》电影奖-最佳男主角 《污垢》 （获奖）
2013 第67届英国电影和电视艺术学院奖-苏格兰奖 《污垢》 （获奖）
2011 年度IGN电影评选-最佳群戏表演 《X战警：第一战》 （获奖）
2011 第6届尖叫电影大奖-最佳科幻类电影演员奖 《X战警：第一战》 （提名）
2011 第6届尖叫电影大奖-最佳电影超级英雄 《X战警：第一战》 （提名）
2011 第6届尖叫电影大奖-最佳群戏表演 《X战警：第一战》 （提名）
2011 第38届人民选择奖-最受欢迎超级英雄 《X战警：第一战》 （提名）
2011 第38届人民选择奖-最受欢迎群戏表演 《X战警：第一战》 （提名）
2009 第14届金卫星奖-最佳男配角 《最后一站》 （提名）
2008 2008年度MTV电影奖-最佳吻戏 《通缉令》 （提名）
2007 第21届欧洲电影奖-最佳男演员 《赎罪》 （提名）
2007 第61届英国电影和电视艺术学院奖-最佳男主角 《赎罪》 （提名）
2007 2007年度《帝国》电影奖-最佳男主角 《赎罪》 （获奖）
2007 第65届金球奖-剧情类电影最佳男主角 《赎罪》 （提名）
2007 第5届爱尔兰电影奖-最佳国际男演员 《赎罪》 （提名）
2007 第28届伦敦影评人协会奖-最佳英国男主角 《赎罪》 （获奖）
2007 第60届戛纳电影节-肖邦奖·最佳新人男演员 《末代独裁》 （获奖）
2007 2007年度Elle风尚大奖-最佳男主角 《赎罪》 （获奖）
2006 第60届英国电影和电视艺术学院奖-最佳新星奖 （获奖）
2006 第60届英国电影和电视艺术学院奖-苏格兰奖 《末代独裁》 （获奖）
2006 第60届英国电影和电视艺术学院奖-最佳男配角 《末代独裁》 （提名）
2006 第9届英国独立电影-最佳男演员 《末代独裁》 （提名）
2006 第27届伦敦影评人协会奖-最佳男配角 《末代独裁》 （提名）
2006 第20届欧洲电影奖-最佳男演员 《末代独裁》 （提名）
2005 2005年度《帝国》电影奖-最佳新人 《纳尼亚传奇：狮子、女巫和魔衣柜》 （提名）
2005 第26届伦敦影评人协会奖-英国年度最佳男配角 《纳尼亚传奇：狮子、女巫和魔衣柜》 （提名）
2004 第25届伦敦影评人协会奖-最佳男演员 《生命的舞动》 （提名）
2006 2006年度Elle风尚大奖-最佳电视剧男主角 《无耻之徒》 （获奖）
2004 2004年度英国喜剧奖-最佳电视喜剧新人 《无耻之徒》 （提名）
詹姆斯·麦卡沃伊在早年演出了几个凑凑合合的电视剧角色，在经历了大小肥皂剧的多重洗礼后，演技逐渐纯熟。从《沙丘魔堡》中初显成年男人的飒爽味道，形象开始逐渐鲜明；到《纳尼亚传奇：狮子、女巫和魔衣柜》《成为简·奥斯汀》中贴合的形象、英伦绅士的风范，詹姆斯将自己和角色完美的融合在一起；再到《末代独裁》中爆发式的展现了多层次演技；甚至还有在《赎罪》和《通缉令》中肌肉男、动作男的多样魅力展现，这一系列角色和塑造角色的过程仿佛正是麦克沃伊的真实写照。（搜狐娱乐、新浪娱乐综合评价）
2013年的电影《污垢》中，詹姆斯·麦卡沃伊完全靠着表演的力度扭转了自己白面书生的斯文帅哥形象，他的表演有时候甚至能比故事本身更能吸引观众看下去。2017年的电影《分裂》詹姆斯呈现出了质感精妙的表演，具有令人信服的能力。（网易娱乐、新浪娱乐综合评价）
