Джеймс Пол Марсден родился 18 сентября 1973 года в американском городе Стиллуотер, в семье профессора животноводства и промышленности Джеймса Лютера Марсдена и диетолога Кэтлин Шольц. Кроме Джеймса в семье выросло еще четверо детей – сыновей Джеффа и Роберта, и дочерей Элизабет и Дженнифер.

В возрасте девяти лет родители Джеймса развелись, и его вместе с братьями и сестрами воспитывал отец.

Учился Марсден в школе Putnam City North High School, после окончания которой поступил в Государственный университет Оклахомы на факультет радиожурналистики. Спустя несколько лет обучения Джеймс увлекся актерским мастерством и уехал в Лос-Анджелес, в надежде начать карьеру актера.

В 1993 году Джеймс впервые появился на телеэкранах, сыграв эпизодическую роль в телевизионном фильме «Сектанты». До середины 90-х он также появился в эпизодических ролях в таких сериалах, как «Спасенные звонком: Новый класс», «Изящный цветок», «Няня» и «Нас пятеро».

В 1997 году он исполнил свою первую главную роль в телевизионной картине «На грани невинности». В том же году он впервые появился на киноэкранах, сыграв роль первого плана в фильме ужасов «Сказки у костра».

В 1998 году Марсден вместе с Кэти Холмс исполнил главную роль в фантастическом триллере «Непристойное поведение».

В 2000 году Джеймс вместе с Леной Хиди, Норманом Ридусом, Кейт Хадсон и Джошуа Джексоном появился в триллере «Сплетня». В том же году он исполнил роль Циклопа в фантастическом фильме «Люди Икс», которую еще дважды исполнил на киноэкранах в 2003 и 2006 годах.

В 2001 году он исполнил главную роль в фэнтези комедии «Трасса 60», в которой также появились Гари Олдман и Эми Смарт.

В 2004 году Джеймсу досталась небольшая роль в драме «Дневник памяти», а в 2005 году он сыграл главную роль в триллере «Пересечение 10-й и Вульф».

В 2007 году с Джеймсом в главных ролях вышли картины «Лак для волос» и «Зачарованная», а в 2008 году – мелодрама «27 свадеб».

В 2009 году актеру досталась роль первого плана в фантастическом триллере «Посылка», в котором также снялась Кэмерон Диаз.

В 2010 году Джеймс появился в картине «Смерть на похоронах», главные роли в которой исполнили Крис Рок, Мартин Лоуренс, Трэйси Морган и Питер Динклэйдж.

В 2011 году Марсден появился в компании Кейт Босворт и Александра Скарсгарда в криминальном триллере «Соломенные псы».

В 2012 году он исполнил небольшую роль в фантастической картине «Робот и Фрэнк», а в 2013 году ему достались роли в шести картинах, среди которых «Два ствола», «Дворецкий» и «Лофт».

В 2014 году он исполнил роль второго плана в комедии «Блондинка в эфире», а также главную роль в мелодраме «Лучшее во мне».

В 2015 году Джеймс вместе с Джеком Блэком появился в комедии «Дорога в Голливуд». В том же году он появился в мелодраме Дэвида О. Расселла «Любовная загвоздка».