Джеймс Кэмерон родился в Капускасинге (Канада, провинция Онтарио) в семье инженера. Там же в городе Чиппью пошёл в школу. Но закончил начальное образование он уже в США, в Калифорнии, куда в начале 1970-х годов перебралась семья Кэмеронов. Там же Джеймс поступил на физический факультет Калифорнийского университета. Но так и не окончив учебу, Кэмерон добивается участия в процессе создания кино. В 1978 году вместе с двумя школьными друзьями Уильямом Вишером и Рэнделлом Фрейксом снимает короткометражный фантастический фильм «Ксеногенезис» и заинтересовывает им мастера низкобюджетных фильмов Роджера Кормана, начав работу на его киностудии New World.
Известность пришла к Кэмерону в 1984 году, благодаря фильму «Терминатор». Сценарий был продан будущей жене Кэмерона продюсеру Гэйл Энн Херд за символическую плату в один доллар при условии, что она не будет снимать этот фильм с другим режиссером. Располагая скудным даже по тогдашним меркам бюджетом в 6 миллионов долларов, Кэмерону удалось создать замечательный фильм, по сей день остающийся эталоном в жанре научно-фантастического боевика. Далее Кэмерон решил снять продолжение культового научно-фантастического триллера Ридли Скотта «Чужой». Фильм имел большой успех, а исполнительница главной роли Сигурни Уивер даже получила номинацию на Оскар. В основу сценария следующего фильма («Бездна») легла история рабочих-подводников, которые обнаруживают под водой странных существ внеземного происхождения. Бюджет фильма составил 70 млн долларов, так что этот фильм стал одним из самых дорогих на то время. Значительная часть денег ушла на проведение подводных съемок (опять же, спецэффекты еще не были настолько продвинутыми, чтобы имитировать подводный мир в киностудии). Для этого неоконченная электростанция была превращена в гигантский резервуар и заполнена несметным количеством воды. Фильм был удостоен Оскара за лучшие спецэффекты. Позже, в 1992 году, Кэмерон выпустил специальную режиссерскую версию фильма, содержащую некоторые удаленные сцены, которые позволяют лучше понять его сюжет.
После успеха «Терминатора» сразу же начались разговоры о его продолжении. Однако Кэмерон не торопился с этим, ожидая пока спецэффекты достигнут такого уровня, который позволит ему создать жидкометаллического робота. Выход «Терминатора 2» задерживала, кроме того, еще и запутанная ситуация с авторскими правами. Наконец они достались продюсеру Марио Кассару из Carolco Pictures, и Кэмерон получил возможность приступить к работе. «Терминатор 2: Судный день» многократно окупился в прокате, собрав 205 млн долларов в США и 315 млн — за рубежом. Кроме того, он получил четырех Оскаров: за лучший грим, звук, звуковые и визуальные эффекты. В 1994 году Кэмерон взялся за съемки шпионского боевика «Правдивая ложь». При бюджете в 100 млн долларов фильм собрал 146 млн долларов в Северной Америке и 232 млн за рубежом. Главную роль в этом фильме исполнил все тот же Шварценеггер, для которого она стала настоящей отдушиной после провала его предыдущей картины «Последний киногерой».
Настоящим триумфом для Кэмерона стала эпическая картина «Титаник», снятая в 1997 году, с Леонардо Ди Каприо, Кейт Уинслет и Билли Зейном в главных ролях. «Титаник» до начала 2010 года являлся самым кассовым фильмом в истории кино. При затратах в 200 млн долларов (самый дорогой проект на то время) фильм собрал по всему миру 1,8 млрд долларов кассовых сборов, а чистая прибыль составила более 700 млн долларов. Фильм был удостоен 11 Оскаров, в том числе в номинациях «Лучший фильм» и «Лучший режиссер». На церемонии вручения Оскаров за фильм «Титаник» Кэмерон, поднявшись на сцену, прокричал фразу, которую в фильме произносит Джек Доусон: «I am the king of the world!» («Я — король мира!»). Рекорд кассовых сборов «Титаника» был побит в 2010 году еще одной картиной Кэмерона — фильмом «Аватар» студии 20th Century Fox.
