James Milne, más tarde conocido como James Mill, nació en Northwater Bridge, en la parroquia de Logie Pert, Angus, Escocia, hijo de James Milne, zapatero y pequeño agricultor. Su madre, Isabel Fenton, de una familia que había sufrido la conexión con el levantamiento de los Estuardo, resolvió que debía recibir una educación de primera clase, y después de la escuela parroquial lo enviaron a la Academia de Montrose, donde permaneció hasta la inusual edad de diecisiete años y medio. En octubre de 1789 fue ordenado ministro de la Iglesia de Escocia, pero tuvo poco éxito. Según la Autobiografía de John Stuart Mill, su padre, aunque «educado en el credo del presbiterianismo escocés, por sus propios estudios y reflexiones había sido llevado pronto a rechazar no sólo la creencia en la Revelación, sino los fundamentos de lo que comúnmente se llama Religión Natural». De 1790 a 1802, mientras se mantenía con varias tutorías, también realizó varios estudios históricos y filosóficos. Con pocas perspectivas de hacer carrera en Escocia, en 1802 se fue a Londres, en compañía de Sir John Stuart de Fettercairn, entonces diputado por Kincardineshire, y se dedicó a su trabajo literario. De 1803 a 1806, fue editor de una ambiciosa publicación periódica llamada Literary Journal, que intentaba dar una visión resumida de todos los principales departamentos del conocimiento humano. Durante este tiempo también editó el St James’s Chronicle, publicado por el mismo propietario. En 1804 escribió un panfleto sobre el comercio del maíz en el que argumentaba en contra de un arancel (o «bounty») sobre la exportación de grano. En 1805 publicó una traducción (con notas y citas) de Un ensayo sobre el espíritu y la influencia de la Reforma de Lutero, de Charles de Villers, sobre la Reforma, y un ataque a los supuestos vicios del sistema papal. Hacia finales de este año comenzó a trabajar en La historia de la India británica, que le ocuparía durante doce años en lugar de los tres o cuatro que había esperado.
También en ese año se casó con Harriet Burrow, cuya madre, viuda, mantenía lo que entonces se conocía como un establecimiento para lunáticos en Hoxton. Tomaron una casa en Pentonville, donde nació su hijo mayor, John Stuart Mill, en 1806.
La parte trasera del número 19 de York Street (1848). En 1651 John Milton se trasladó a una «bonita casa-jardín» en Petty France. Vivió allí hasta la Restauración. Más tarde se convirtió en el nº 19 de York Street, perteneció a Jeremy Bentham, fue ocupada sucesivamente por James Mill y William Hazlitt, y fue demolida en 1877.
En 1808 conoció a Jeremy Bentham, que era veinticinco años mayor que él, y durante muchos años su principal compañero y aliado. Adoptó los principios de Bentham en su totalidad y decidió dedicar todas sus energías a presentarlos al mundo. Entre 1806 y 1818, escribió para la Anti-Jacobin Review, la British Review y The Eclectic Review; pero no hay forma de rastrear sus contribuciones. En 1808 comenzó a escribir para la más importante Edinburgh Review, en la que colaboró de forma constante hasta 1813, siendo su primer artículo conocido «Money and Exchange». También escribió sobre la América española, China, Francisco de Miranda, la Compañía de las Indias Orientales y la libertad de prensa. En la Annual Review de 1808 se encuentran dos artículos suyos: una «Revisión de la historia de Fox» y un artículo sobre «Las reformas legales de Bentham», probablemente su primera nota publicada sobre Bentham. En 1811 colaboró con William Allen (1770-1843), cuáquero y químico, en una revista llamada Philanthropist. Contribuyó en gran medida a cada número, siendo sus temas principales la educación, la libertad de prensa y la disciplina carcelaria (bajo la cual expuso el Panóptico de Bentham). Hizo fuertes ataques a la Iglesia en relación con la controversia de Bell y Lancaster, y participó en los debates que condujeron a la fundación de la Universidad de Londres en 1825. En 1814 escribió una serie de artículos, que contenían una exposición del utilitarismo, para el suplemento de la quinta edición de la Encyclopædia Britannica, siendo los más importantes los relativos a «Jurisprudencia», «Prisiones», «Gobierno» y «Derecho de gentes».
La Historia de la India británica se publicó en 1818, y obtuvo un gran éxito inmediato y duradero. Supuso un cambio en la suerte del autor, y al año siguiente fue nombrado funcionario de la Casa de la India en el importante departamento de Examinador de la Correspondencia India. Poco a poco fue ascendiendo hasta que en 1830 fue nombrado jefe de la oficina, con un sueldo de 1.900 libras, que aumentó en 1836 a 2.000 libras. Su gran obra sobre economía, los Elementos de Economía Política, apareció en 1821 (3ª edición revisada en 1825).
De 1824 a 1826, Mill contribuyó con una serie de artículos a la Westminster Review, el órgano del partido radical, en los que atacaba a la Edinburgh and the Quarterly Reviews, y al establishment eclesiástico. En 1829 apareció el Analysis of the Phenomena of the Human Mind. De 1831 a 1833, Mill se ocupó en gran medida de la defensa de la Compañía de las Indias Orientales, durante la controversia que supuso la renovación de sus estatutos, siendo en virtud de su cargo el portavoz de su Tribunal de Administración. Para la London Review, fundada por Sir William Molesworth en 1834, escribió un notable artículo titulado «La Iglesia y su reforma», demasiado escéptico para la época y que perjudicó a la Westminster Review. El propio Mill era ateo. Su último libro publicado fue el Fragmento sobre Mackintosh (1835).