Sinh ra ở Marton, Yorkshire năm 1728, Cook khởi nghiệp khi làm việc cho một cửa hiệu nhưng nhanh chóng chận ra ông muốn vùng vẫy trên mặt biển. Năm 18 tuổi, ông trở thành thủy thủ học việc trước khi nhận nhiệm vụ thuyền phó trên một con tàu Pháp 6 năm sau. Rồi ông từ chối cơ hội làm việc cho một tàu buôn vào năm 1755 để quay về học tại trường Hải quân Hoàng gia. Chỉ trong vòng hai năm, Cook đã leo lên hàm thuyền trưởng tàu Pembroke, một chiến hạm được cử đến Canada để chiến đấu chống quân Pháp trong Chiến tranh 7 năm.
James Cook.
Chính tại đó ông đã trở nên nổi danh trong giới hải quân. Dưới sự chỉ dẫn của chuyên gia bản đồ Samuel Holland, Cook đã thông thạo cách sử dụng các công cụ vẽ hải đồ, trước khi tự mình vẽ bản đồ vịnh Gaspe. Sau đó ông bắt tay vào một nhiệm vụ khó khăn hơn: vẽ bản đồ chiến trường chính trên sông Saint Lawrence.
Hàng tháng trời, ông lăn lộn trong bóng tối để tránh bị quân Pháp phát hiện, cuối cùng cũng vẽ xong bản đồ dòng sông. Chính nó đã giúp quân Anh tận dụng con sông để chiếm lấy Quebec, một diễn biến bước ngoặt trong cuộc chiến. Cook được ca ngợi là bậc thầy bản đồ học và dành trọn cả 8 năm sau để vạch bản đồ bờ biển phía đông Canada. Đóng góp của ông trong chiến tranh đã được công nhận, và thành công này cùng với những nghiên cứu toán học và thiên văn học của ông đã giúp Cook được trao chức chỉ huy tàu Endeavour của Hải quân Anh.
Các nhà thiên văn biết được rằng sao Kim sắp sửa đi qua Mặt trời vào tháng 6.1769, nhưng chỉ có thể quan sát được hiện tượng này ở Nam Bán cầu. Chính phủ Anh quyết định họ phải quan sát được hiện tượng này nên đã lập ra một nhóm công tác do Cook dẫn đầu. Quan sát là mục tiêu chính để tiến hành chuyến hải trình đó, mặc dù họ cũng rất thích thú với ý tưởng thám hiểm một lục địa phía nam nào đó. Trên tàu của Cook còn có nhà thiên văn Charles Green và nhà thực vật Joseph Banks, có nhiệm vụ quan sát đường đi của sao Kim và thu thập các loại cây từ nước ngoài.
Cook và thủy thủ của ông bị đâm chết ở Hawaii.
Cook bắt đầu chuyến hành trình từ Plymouth, Anh, vào tháng 8.1768 để đặt chân tới Tahiti, hòn đảo lớn nhất ở quần đảo French Polynesia ở nam Thái Bình Dương. Nhiệm vụ quan sát đường đi của sao Kim qua Mặt trời cũng đạt được và sau đó ông đi xa hơn về phía New Zealand. Ông đi vòng quanh hòn đảo trước khi trở thành người châu Âu đầu tiên tới được bờ đông của Australia năm 1770.
Trong khi Cook được người dân Tahiti chào đón thịnh tình, người Aborigine (thổ dân) ở Australia lại không mấy vui vẻ khi thấy hải đội của ông. Họ thậm chí còn dùng giáo tấn công tàu Endeavor của Cook. Tuy thế, hỏa lực mạnh mẽ của chiếc tàu thắng thế để rồi ông cập bến vịnh Botany, tuyên bố vùng đất đó thuộc về nước Anh và đặt tên nó là New South Wales. Sau nhiều chuyến thám hiểm khác, Cook và thủy thủ đoàn vinh quang trở về quê hương sau gần 3 năm.
Một năm sau, Cook lại bắt tay vào chuyến đi khác, lần này với hai tàu Resolution và Adventure, nhằm khám phá Australia nhiều hơn. Tháng 1.1773, ông đã đi qua vòng cung Nam cực, nơi nhiệt độ khắc nghiệt quá lạnh khiến họ buộc phải quay đầu. Tuy nhiên, họ đã quay trở lại được New Zealand và Tahiti cũng như khám phá đảo Phục sinh và Tonga để rồi xác nhận trên thực tế không có một siêu lục địa nào tồn tại ở phương nam.
Chuyến đi thứ ba và cũng là cuối cùng của Cook đưa ông quay trở lại Bắc Mỹ để tìm kiếm những nơi bí ẩn. Lần này ông đi tìm Hành lang tây bắc, một con đường biển đi qua Bắc Mỹ kết nối Thái Bình Dương và Đại Tây Dương vốn được đồn đại rất nhiều trước đây. Một lần nữa Cook đi qua Australia, New Zealand và Tahiti trước khi đi lên bờ biển phía tây Bắc Mỹ. Trên đường đi ông đã thấy Hawaii nhưng không dừng chân tại đó. Hai còn tàu tiếp tục hành trình hướng tới Alaska và eo Bering nhưng phải dừng lại trước lớp băng dày của Bắc cực.
Họ đành quay lại Hawaii vào tháng 1.1778, nơi họ được đón chào với đầy niềm tôn kính. May mắn là khi Cook và đội của ông đáp xuống Hawaii, dân đảo đang tổ chức lễ hội về huyền thoại hải thần Lono. Thổ dân tin Cook chính là thần thánh, còn các thủy thủ thì được chăm sóc hết sức thịnh tình. Họ cố gắng rời đảo vào tháng 2 nhưng buộc phải quay lại nhanh chóng vì tàu Resolution bị hư hỏng. Khi họ định rời đi lần sau thì lại xảy ra tranh cãi vì có một chiếc thuyền trên tàu đã bị đánh cắp. Cook tìm cách bắt cóc một tù trưởng trên đảo làm con tin, dùng để thỏa thuận. Chính việc đó đã làm nổ ra một cuộc đụng độ khiến ông bị đâm chết vào ngày 14.2.1778 tại vịnh Kaelakekua. Ông được “chôn cất” trên biển còn thủy thủ đoàn quay trở quê hương để xác nhận rằng chẳng có Hành lang tây bắc nào cả và loan báo cái chết của một trong những thủy thủ và nhà thám hiểm vĩ đại nhất nước Anh.
Ngoài danh tiếng là nhà thám hiểm, thực ra Cook cũng có đóng góp quan trọng trong lịch sử hải quân. Thời đó, một trong những kẻ sát nhân kinh khủng nhất trên các hành trình dài là bệnh thiếu vitamin C. Người mắc có thể bị mệt mỏi, phù nề và đau răng, vàng da rồi tử vong. Không nhiều người biết cách phòng bệnh, nhưng Cook đã nghe lời khuyên của các bác sĩ và ra lệnh phải làm sạch tàu nhất có thể còn người của ông phải ăn thật nhiều hoa quả và rau xanh. Điều đó đã khiến chuyến đi thứ nhất của ông là chuyến đi đầu tiên không có ca tử vong nào vì bệnh tật. Người ta cho rằng vì trưởng thành trong hải quân nên Cook thông cảm với với tình cảnh của các thủy thủ, tạo điều kiện làm việc tốt nhất cho họ.
Một điều ít biết về Cook là trong khi điều kiện trên tàu của ông vô cùng tốt và ông nổi tiếng là một thuyền trưởng chu đáo, Cook hay viện đến bạo lực khi nóng nảy. Thuộc cấp của ông nhiều lần phải chịu đựng cơn thịnh nộ của Cook và nhiều người tin chính vì nổi cơn tức giận, ông đã bị đâm đến chết.