Urodził się w rodzinie pochodzenia irlandzkiego od dawna osiadłej w nowej Anglii. Jego ojciec był filozofem i teologiem, znanym duchownym o orientacji swedenborgiańskiej, autorem licznych rozpraw poświęconych problematyce religijnej, pozostającym w bliskim kontakcie z R. Emersonem i innymi transcendentalistami. Część młodości James spędził w Europie. W 1861, po powrocie do Stanów Zjednoczonych, zamierzał początkowo poświęcić się malarstwu, ale po kilku miesiącach zrezygnował na rzecz nauk przyrodniczych; studiował: chemię, anatomię, medycynę; 1869, po rocznym pobycie w Niemczech, uzyskał stopień doktora medycyny, lecz nie był w stanie rozpocząć praktyki ze względu na kryzys psychiczny (przełomowa stała się dla niego lektura dzieł francuskiego filozofa Ch. Renouviera). W 1872 został wykładowcą fizjologii na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge, a jego zainteresowania ewoluowały w stronę psychologii, a następnie filozofii. W 1872 powstał na Harvardzie Klub Metafizyczny, którego członkiem, obok Ch.S. Peirce’a, był James. To właśnie w ramach działalności Klubu krystalizowały się podstawowe zasady
pragmatyzmu, kierunku filozoficznego, którego współtwórcą (obok Peirce’a, J. Deweya) był James. Pragmatyzm często uważa się za pierwszy, samodzielnie wypracowany przez Amerykanów kierunek filozoficzny, swoistą filozofię narodową Stanów Zjednoczonych. 1875 założył pierwsze w historii laboratorium psychologiczne i zaczął wykładać psychologię fizjologii; od 1879 prowadził również wykłady z filozofii (od 1885 profesor filozofii, od 1889 psychologii), której 1892 poświęcił się już wyłącznie. James, bardzo aktywny jako naukowiec, utrzymywał kontakty z wieloma wybitnymi psychologami i filozofami (C.S. Pierce’em, H. Bergsonem, F.C.S. Schillerem, a także Polakiem W. Lutosławskim. Z tym ostastnim James utrzymywał bliski kontakt bezpośredni i listowny. Do jednej z jego prac w języku angielskim napisał przedmowę), dawał liczne odczyty, publikował wiele artykułów. Aktywność ta uniemożliwiła mu stworzenie systematycznej wykładni swoich poglądów. Większość książek Jamesa miała charakter zbioru odczytów i esejów, niemniej jednak cieszyły się one olbrzymią popularnością, zwłaszcza
Pragmatyzm: nowe imię paru starych stylów myślenia (1907, wydanie polskie 1911, wznowienie 1957, wydanie współczesne 1998). Ważniejsze dzieła:
Psychologia. Kurs skrócony (1892, wydanie polskie 2002),
Prawo do wiary (1897, wydanie polskie 1901, wydanie współczesne 1996),
Doświadczenia religijne (1902, wydanie polskie 1918, w. 1958),
Filozofia wszechświata (1909, wydanie polskie 1911). Zmarł 26 VIII 1910 w Chocorua (stan New Hampshire).