James McAvoy 1979. április 21-én született a skóciai Port Glasgow-ban. 7 éves korától szülei válása miatt nagyszülei nevelték. 2000-ben diplomázott a Royal Scottish Academy of Music and Drama színész szakán.
Egy ideig színházban és tévésorozatokban láthatta őt a közönség, feltűnt többek között Steven Spielberg szériájában, Az elit alakulatban (Band of Brothers) is, majd a BBC-produkcióban, az Államérdekben (2003) kapott szerepet. A 2002-es musical, a Bollywood királynő a Sundance-fesztiválon került bemutatásra, ekkor már a szakma is felfigyelt kiváló színészi adottságaira.
2004-ben a Wimbledon - Szerva itt, szerelem ottban Kirsten Dunst mellett láthattuk, ás még ugyanebben az évben megkapta első főszerepét a Lélekben táncolok (Inside I’m dancing) című filmben filmben, melyben egy mozgásképtelen férfit alakított.
Karrierjében az áttörést a Shameless című sorozat hozta meg, majd 2005-ben már egy Disney szuperprodukcióban, a Narnia krónikái: Az oroszlán, a boszorkány és a ruhásszekrényben (2005) tett szert széleskörű népszerűségre. Következő szerepére Forest Whitaker javasolta az Oscar-díjas Az utolsó skót királyba (2006).
Szintén pozitív kritikákat kapott a 2007-es romantikus háborús dráma, a Vágy és vezeklés. Egy évvel később a Wanted (2008) című képregény adaptációban tűnt fel Angelina Jolie és Morgan Freeman oldalán. A film hatalmas siker lett, több mint 300 millió dolláros bevételre tett szert.
Ezt a Tolsztoj életét feldolgozó 2 Oscar-díjra jelölt Aztán mindennek vége (2009) című film követte, melyben olyan színészekkel játszott együtt, mint Helen Mirren és Christopher Plummer.
2010-ben McAvoy kapta a telepatikus képességekkel rendelkező X professzor szerepét a készülő X-Men: Az elsőkben (2011), de a kultikus képregényhős szerepében viszontláthattuk a X-Men: Az eljövendő múlt napjaiban (2014) is. Mindkét film óriási sikert aratott mind a kritikusok, mind a közönség körében.
A 2013-as év mozgalmas volt számára: a Transz és a Mocsok című filmekben egyaránt emékezetes alakítást nyújtott. Az X-Men franchise további három filmjében is szerepelt, 2016-ban M. Night Shyamalannal forgatta a Széttörve című thrillert, majd újra eljátszotta a szerepet a 2019-es Üvegben is. A 2019-es Az - 2. fejezet mellett a televíziózás világában is kipróbálta magát, és emlékezetes alakítást nyújtott az HBO Az Úr sötét anyagai című fantasyjében.
Feleségével, a színésznő Anne-Marie Duff-fal 2006-ban kötöttek házasságot, egy gyermekük született, Brendan.