James Milne, později známý jako James Mill, se narodil v Northwater Bridge ve farnosti Logie Pert v Angusu ve Skotsku jako syn obuvníka a drobného farmáře Jamese Milna. Jeho matka Isabel Fentonová z rodiny, která trpěla spojením se Stuartovským povstáním, se rozhodla, že se mu dostane prvotřídního vzdělání, a po farní škole ho poslala na Montrose Academy, kde zůstal až do neobvyklých sedmnácti a půl let. Poté nastoupil na univerzitu v Edinburghu, kde vynikl jako řecký učenec.

V říjnu 1789 byl vysvěcen na duchovního skotské církve, ale setkal se jen s malým úspěchem. Podle Autobiografie Johna Stuarta Milla jeho otec, ačkoli byl „vychován ve víře skotského presbyteriánství, byl vlastním studiem a úvahami brzy přiveden k odmítnutí nejen víry ve Zjevení, ale i základů toho, čemu se běžně říká přirozené náboženství“. V letech 1790-1802 se živil různými doučováními a zároveň se věnoval různým historickým a filozofickým studiím. S malými vyhlídkami na kariéru ve Skotsku odešel v roce 1802 do Londýna ve společnosti sira Johna Stuarta z Fettercairnu, tehdejšího člena parlamentu za Kincardineshire, a věnoval se své literární práci. V letech 1803-1806 byl redaktorem ambiciózního časopisu Literary Journal, který se snažil podat souhrnný pohled na všechny přední obory lidského vědění. V této době také redigoval časopis St James’s Chronicle, vydávaný stejným majitelem. V roce 1804 napsal pamflet o obchodu s obilím, v němž se vyslovil proti celním sazbám (neboli „bounty“) na vývoz obilí. V roce 1805 vydal překlad (s poznámkami a citacemi) knihy An Essay on the Spirit and Influence of the Reformation of Luther by Charles de Villers on the Reformation a útok na údajné neřesti papežského systému. Zhruba koncem tohoto roku začal pracovat na Dějinách britské Indie, které ho měly zaměstnat na dvanáct let, nikoli na tři nebo čtyři, jak očekával.

V tomto roce se také oženil s Harriet Burrowovou, jejíž matka, vdova, vedla v Hoxtonu tehdy známý ústav pro choromyslné. Vzali si dům v Pentonville, kde se jim v roce 1806 narodil nejstarší syn John Stuart Mill.

V roce 1808 se seznámil s Jeremym Benthamem, který byl o pětadvacet let starší a po mnoho let byl jeho hlavním společníkem a spojencem. Přijal Benthamovy zásady v plném rozsahu a rozhodl se věnovat všechny své síly tomu, aby je předložil světu. V letech 1806-1818 psal do časopisů Anti-Jacobin Review, British Review a The Eclectic Review; jeho příspěvky však nelze dohledat. V roce 1808 začal psát do významnějšího časopisu Edinburgh Review, do něhož soustavně přispíval až do roku 1813; jeho prvním známým článkem byly „Peníze a směna“. Psal také o španělské Americe, Číně, Franciscu de Mirandovi, Východoindické společnosti a svobodě tisku. Ve výroční revue za rok 1808 lze dohledat dva jeho články – „Review of Fox’s History“ a článek „Bentham’s Law Reforms“, pravděpodobně jeho první publikovanou poznámku o Benthamovi. V roce 1811 spolupracoval s kvakerem a chemikem Williamem Allenem (1770-1843) na časopisu Philanthropist. Do každého čísla přispíval velkou měrou – jeho hlavními tématy byly vzdělávání, svoboda tisku a vězeňská kázeň (pod tímto názvem vyložil Benthamovo panoptikum). V souvislosti s polemikou o Bellovi a Lancasterovi vedl silné výpady proti církvi a podílel se na diskusích, které vedly k založení Londýnské univerzity v roce 1825. V roce 1814 napsal řadu článků obsahujících výklad utilitarismu pro dodatek k pátému vydání Encyclopædia Britannica, z nichž nejvýznamnější byly články „Jurisprudence“, „Vězeňství“, „Vláda“ a „Právo národů“.

Dějiny britské Indie vyšly v roce 1818 a zaznamenaly okamžitý a trvalý úspěch. Přinesla odpovídající změnu v autorově osudu a v následujícím roce byl jmenován úředníkem v India House v důležitém oddělení Examiner of Indian Correspondence. Postupně stoupal v hodnostech, až byl v roce 1830 jmenován vedoucím úřadu s platem 1900 liber, který byl v roce 1836 zvýšen na 2000 liber. Jeho velké ekonomické dílo Elements of Political Economy vyšlo v roce 1821 (3. a přepracované vydání 1825).

V letech 1824 až 1826 Mill přispíval řadou článků do Westminster Review, orgánu radikální strany, v nichž napadal Edinburgh a Quarterly Reviews a církevní zřízení. V roce 1829 vyšla Analýza jevů lidské mysli. V letech 1831 až 1833 se Mill z velké části věnoval obhajobě Východoindické společnosti během sporů o obnovení jejího statutu; z titulu své funkce byl mluvčím jejího správního soudu. Pro časopis London Review, založený sirem Williamem Molesworthem v roce 1834, napsal pozoruhodný článek s názvem „Církev a její reforma“, který byl na svou dobu příliš skeptický a Westminster Review poškodil. Mill sám byl ateista. Jeho poslední publikovanou knihou byl Fragment o Mackintoshovi (1835).