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》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。2004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2月28日，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2月29日，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《通缉犯》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2月11日上映的动画电影《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》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3月15日，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5月23日电影《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1月20日，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3月23日，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1月18日，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。

2003年，詹姆斯·麦卡沃伊在出演电视剧《无耻之徒》时结识女演员安-玛莉·杜芙，并于2006年结婚。2010年，詹姆斯的儿子布兰登·麦卡沃伊出生。

2016年，詹姆斯·麦卡沃伊与妻子发表联合声明结束婚姻关系。

2012年5月28日，詹姆斯·麦卡沃伊参加了第四届足球援助赛（SoccerAid），筹集的善款直接捐助给联合国儿童基金会，对世界贫困地区的儿童进行援助。6月8日，参与2012年伦敦第30届夏季奥林匹克运动会火炬传递。

2014年6月，参与在老特拉福德球场举行的联合国儿童基金会举办的年度“SoccerAid”足球援助赛。

电影类奖项

• 20172017年度MTV电影奖-最佳电影主角《分裂》（提名）
• 20172017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）
• 20132013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）
• 20082008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）
• 20072007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）
• 20072007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）
• 20052005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）

电视剧类奖项

• 20062006年度Elle风尚大奖-最佳电视剧男主角《无耻之徒》（获奖）
• 20042004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。.

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。