Джеймс (при рождении Уильям) Фокс родился 19 мая 1939 года вторым из трёх сыновей в семье театрального агента Робина Фокса и актрисы Анджелы Уортингтон. Как и все мужчины из семьи Фокс обучался в Хэрроу. Впервые снялся в кино подростком в 1950 году в фильме «История Минивер» (The Miniver Story), и с тех пор его регулярно приглашали для исполнения возрастных ролей в картинах и телевизионных сериалах.
В 1963 году Джеймс Фокс, уже снявшийся почти в двух десятках кинолент, талантливо воплощает образ молодого англичанина-аристократа в социальной драме «Слуга». За эту работу ему вручают премию БАФТА в номинации «Лучший дебют». Последовавшие за этой роли в фильмах «Воздушные приключения» (1965 год), «Погоня» (1966 год) и «Айседора» (1967 год) принесли ему международную известность, а психоделический дуэт с Миком Джаггером в картине «Представление» сделали культовой фигурой для всего поколения, исповедующего философию Хиппи.
Однако участие в этом сложном и неоднозначном фильме практически поставило точку в творческой карьере актёра. Самоотдача на съёмочной площадке, регулярное употребление галлюциногена DMT, совпавшая по времени смерть отца привели к тяжёлому психическому расстройству. Позже Джеймс Фокс вспоминал:
Люди считают, что это «Представление» взорвало мой мозг, нет, он был взорван задолго до этого. «Представление» вселило в меня сомнение в моём образе жизни. До этого я находился на стороне более непристойного кино-бизнеса. После этого всё изменилось.
Джеймс Фокс стал чрезвычайно религиозным, исповедуя Евангелизм. Однако, спустя 10 лет, он вернулся в кинематограф. Последовало участие в международной картине «Анна Павлова» (1983 год), роли в успешных фильмах «Поездка в Индию» (1984 год), «Абсолютные новички» (1986 год), «Русский дом» (1990 год).
В начале 2000-х принял участие в нескольких известных проектах и исполнил роли профессора Лео Саммерли в новой экранизации «Затерянного мира», полковника Рейса в эпизоде «Смерть на Ниле» сериала «Пуаро Агаты Кристи», мистера Соль в «Чарли и шоколадной фабрике» и Георга V в фильме «МЫ. Верим в любовь».