Джеймс родился 16 августа 1954 года в канадском городке Капускасинге, расположенном в провинции Онтарио. Отец мальчика Филипп Кэмерон был инженером-электриком, мать Ширли Лоу работала медсестрой, а также занималась изобразительным искусством. Джеймс стал первенцем у родителей, в семье позднее родилось еще 4-ро детей. Детство будущего режиссера прошло в местечке Чиппью, откуда мальчик ездил в город Ниагара Фоллс для посещения школы «Стэмфорд».
Когда Кэмерону исполнилось 17 лет, семья переехала в США, в калифорнийский город Бреа, где юноша и получил среднее образование. Затем Джеймс стал студентом колледжа Фуллертона и специализировался в изучении физики. Проучившись один курс, перевелся на факультет английской литературы, который тоже бросил в 1974 году.
Юноша устроился на работу водителем грузовика, а в свободное время пытался писать сценарий для фильма. В 1977 году, увидев в кинотеатре первую часть знаменитого блокбастера «Звездные войны», Кэмерон пришел к мысли, что объединить на экране искусство и науку более чем реально.
В 1978 году, вместе с двумя школьными друзьями Уильямом Вишером и Джейсоном Фессенденом он закончил работу над сценарием и снял короткометражный фантастический фильм «Ксеногенезис», который в качестве портфолио стал пропуском молодых постановщиков на киностудию «New World Pictures». Сначала Джеймс работал помощником режиссера, параллельно продолжая изучать технику съемок и разрабатывать собственные методы, а затем решился на самостоятельную работу.
