James Milne, senare känd som James Mill, föddes i Northwater Bridge, i socknen Logie Pert, Angus, Skottland, som son till James Milne, skomakare och småbrukare. Hans mor, Isabel Fenton, som kom från en familj som hade lidit av att vara inblandad i Stuart-upproret, beslöt att han skulle få en förstklassig utbildning, och efter församlingsskolan skickade de honom vidare till Montrose Academy, där han stannade till den ovanliga åldern av sjutton och ett halvt år. Därefter började han vid universitetet i Edinburgh, där han utmärkte sig som grekisk forskare.

I oktober 1789 ordinerades han till präst i den skotska kyrkan, men hade inte mycket mer framgång. Enligt John Stuart Mills Autobiography hade hans far, även om han ”uppfostrats i den skotska presbyterianismens trosbekännelse, genom sina egna studier och reflektioner tidigt förletts att förkasta inte bara tron på uppenbarelse utan också grunderna för det som allmänt kallas naturreligion”. Från 1790 till 1802, samtidigt som han försörjde sig själv genom olika handledaruppdrag, bedrev han också olika historiska och filosofiska studier. Med små utsikter till en karriär i Skottland reste han 1802 till London i sällskap med Sir John Stuart of Fettercairn, dåvarande parlamentsledamot för Kincardineshire, och ägnade sig åt sitt litterära arbete. Från 1803 till 1806 var han redaktör för en ambitiös tidskrift kallad Literary Journal, som försökte ge en sammanfattande bild av alla ledande områden inom mänsklig kunskap. Under denna tid redigerade han även St James’s Chronicle, som gavs ut av samma ägare. År 1804 skrev han en pamflett om spannmålshandeln där han argumenterade mot en tull (eller ”bounty”) på export av spannmål. År 1805 publicerade han en översättning (med anteckningar och citat) av An Essay on the Spirit and Influence of the Reformation of Luther av Charles de Villers om reformationen, och ett angrepp på det påvliga systemets påstådda laster. Ungefär i slutet av detta år påbörjade han arbetet med The History of British India, som kom att sysselsätta honom i tolv år i stället för de tre eller fyra som han hade räknat med.

Också det året gifte han sig med Harriet Burrow, vars mor, som var änka, höll det som då var känt som ett anstalt för sinnessjuka i Hoxton. De tog ett hus i Pentonville där deras äldsta son John Stuart Mill föddes 1806.

Under 1808 blev han bekant med Jeremy Bentham, som var tjugofem år äldre än han och under många år hans främsta följeslagare och bundsförvant. Han antog Benthams principer i sin helhet och bestämde sig för att ägna all sin energi åt att föra fram dem för världen. Mellan 1806 och 1818 skrev han för Anti-Jacobin Review, British Review och The Eclectic Review; men det finns inget sätt att spåra hans bidrag. År 1808 började han skriva för den mer framstående Edinburgh Review, till vilken han bidrog stadigt fram till 1813, hans första kända artikel var ”Money and Exchange”. Han skrev också om Spanska Amerika, Kina, Francisco de Miranda, Ostindiska kompaniet och pressfrihet. I Annual Review för 1808 finns två av hans artiklar – en ”Review of Fox’s History” och en artikel om ”Bentham’s Law Reforms”, troligen hans första publicerade meddelande om Bentham. År 1811 samarbetade han med William Allen (1770-1843), en kväkare och kemist, i en tidskrift kallad Philanthropist. Han bidrog i stor utsträckning till varje nummer – hans viktigaste ämnen var utbildning, pressfrihet och fängelsedisciplin (där han redogjorde för Benthams Panopticon). Han gjorde kraftfulla angrepp på kyrkan i samband med Bell and Lancaster-kontroversen och deltog i de diskussioner som ledde till grundandet av Londons universitet 1825. År 1814 skrev han ett antal artiklar, som innehöll en redogörelse för utilitarismen, för tillägget till den femte upplagan av Encyclopædia Britannica, varav de viktigaste var artiklarna om ”Jurisprudence”, ”Prisons”, ”Government” och ”Law of Nations”.

The History of British India publicerades 1818 och fick en stor omedelbar och varaktig framgång. Den medförde en matchande förändring i författarens lycka, och året därpå utnämndes han till tjänsteman i India House på den viktiga avdelningen Examiner of Indian Correspondence. Han steg gradvis i graderna tills han 1830 utsågs till chef för kontoret, med en lön på 1 900 pund, som 1836 höjdes till 2 000 pund. Hans stora verk om ekonomi, Elements of Political Economy, utkom 1821 (3:e och reviderade upplagan 1825).

Från 1824 till 1826 bidrog Mill med ett antal artiklar till Westminster Review, det radikala partiets organ, i vilka han attackerade Edinburgh och Quarterly Reviews samt det kyrkliga etablissemanget. År 1829 utkom Analysis of the Phenomena of the Human Mind. Från 1831 till 1833 var Mill till stor del sysselsatt med att försvara Ostindiska kompaniet under den kontrovers som följde på förnyandet av dess stadga, och han var i kraft av sitt ämbete talesman för dess styrelse. För London Review, som grundades av Sir William Molesworth 1834, skrev han en anmärkningsvärd artikel med titeln ”The Church and its Reform”, som var alldeles för skeptisk för tiden och skadade Westminster Review. Mill själv var ateist. Hans sista publicerade bok var Fragmentet om Mackintosh (1835).