James Fox s-a născut la Londra, Anglia, pe 19 mai 1939, într-o familie cu activitate în domeniul actoriei. Tatăl său, Robin Fox, a fost impresar iar mama, Angela Worthington, actriță. James Fox este fratele actorului Edward Fox și al producătorului de filme Robert Fox. Actrița Emilia Fox este nepoata sa, iar actorul Laurence Fox este fiul său. Bunicul, Frederick Lonsdale, a fost dramaturg.
Ca și fratele său, James Fox a fost înrolat în Armata Britanică în Regimentul Coldstream Guards. A studiat la Harrow, ca mulți membri ai familiei Foax, inclusiv fratele și fiul său.
Prima sa apariție într-un film a fost în 1950, în "The Miniver Story. În celelalte apariții timpurii în filme a apărut sub numele de William Fox. În anii 1960 a câștigat popularitate și se părea că urma să aibă o carieră strălucită. În 1964 a câștigat premiul BAFTA pentru "Cea mai promițătoare speranță", cu filmul "The Servant" (1963). Mass-media i-a dedicat multe articole datorită rolurilor din filme precum "Those Magnificent Men in Their Flying Machines" (1965), "King Rat" (1965), "The Chase" (1966), "Thoroughly Modern Millie" (1967), "Isadora" (1968)-unde a jucat alături de Vanessa Redgrave și "Performance" (1970)-unde a apărut alături de Mick Jagger.
După ce a terminat filmările la "Performance", și ca urmare a decesului tatălui său, James Fox și-a întrerupt cariera în actorie. Din cauza stresului provocat de moartea tatălui și ca urmare a consumului substanței halucinogene DMT, Fox a suferit o cădere nervoasă. El a declarat că filmul Performance i-a trezit îndoieli cu privire la modul său de viață, că după acesta "totul s-a schimbat".
Într-un interviu realizat în 2008, Fox a spus "A fost o parte a călătoriei mele...Cred că așa a fost, să stau o vreme departe de actorie. Niciodată nu am pierdut însă legătura cu aceasta-am vizionat filme, am citit despre...astfel încât nu mi s-a părut că am pierdut ceva".
Fox a trecut la religia evanghelică, a lucrat cu grupul "The Navigators" și s-a dedicat religiei. În această perioadă singurul film în care a jucat a fost "No Longer Alone", realizat în 1978, reprezentând povestea unei femei care dorea să se sinucidă și a fost salvată de creștini.
După o absență de aproape 10 ani a revenit treptat pe ecran. A apărut în "O călătorie în India", în 1984, apoi l-a interpretat pe Anthony Blunt în piesa lui Alan Bennet, "A Question of Attribution" (1992), realizată de BBC, care a fost foarte apreciată la acea vreme. De asemenea, l-a interpretat le Colonelul Ferguson în "Farewell to the King".
Mai recent, a avut apariții în "Moarte pe Nil", după romanul Agathei Christie, versiunea din 2004, în rolul Colonelului Race, și în "Charlie și Fabrica de ciocolată", în 2005, când l-a interpretat pe Dl. Salt. În 2007 a jucat în serialul de televiziune britanic "Waking the Dead". De asemenea, a apărut alături de Laurence Fox în "Allegory of Love", un episod din al treilea sezon al serialului "Lewis". A făcut parte din distribuția filmului Sherlock Holmes, interpretându-l pe Sir Thomas, membru marcant al unei societăți secrete de tip francmason.
În 2010 a apărut în "Cleanskin", thriller regizat de Hadi Hajaig, având ca subiect terorismul, iar în 2011 l-a interpretat pe Regele George V în filmul Madonnei, "W.E.".
În ceea ce privește viața personală, James Fox a avut, în anii 1960, o relație cu actrița Sarah Miles. În 1973 s-a căsătorit cu Mary Elizabeth Piper împreună cu care are cinci copii: patru fii și o fiică, Lydia Fox. Dintre aceștia, Laurence și Lydia s-au căsătorit cu actori în 2007, fiica cu Richard Ayoade, iar fiul cu Billie Piper. James este bunicul lui Winston James Fox, fiul lui Laurence Fox și al lui Billie Piper.
