Джеймс Кук родился 27 октября 1728 года в деревне Мартон (Южный Йоркшир). У его отца, бедного шотландского батрака, помимо Джеймса было четыре ребенка. В 1736 году семья переезжает в деревню Грейт Айтон, здесь Кука отдают в местную школу (превращённую ныне в музей). После пяти лет учебы Джеймс Кук начинает работать на ферме под началом своего отца, получившего к тому времени должность управляющего. В возрасте восемнадцати лет он нанимается юнгой на угольщик «Геркулес» Уокеров. Так начинается морская жизнь Джеймса Кука.
Кук начал карьеру моряка простым юнгой на торговом бриге-угольщике «Фрилав», принадлежащем судовладельцам Джону и Генри Уокерам, на маршруте Лондон — Ньюкасл. Через два года был переведён на другой корабль Уокеров — «Три брата».
Известно свидетельство друзей Уокеров о том, как много времени Кук проводил за книгами. Свободное от работы время он посвящал изучению географии, навигации, математики, астрономии, также его интересовали описания морских экспедиций. Известно, что Кук оставил Уокеров на два года, которые провел на Балтике и у восточного побережья Англии, однако вернулся по просьбе братьев помощником капитана на «Френдшип».
Через три года, в 1755 году, Уокеры предложили ему принять командование над «Френдшип», однако Кук отказался. Вместо этого 17 июня 1755 года он записался матросом в Королевский военно-морской флот и спустя 8 дней получил назначение на 60-пушечный корабль «Игл». Этот факт в его биографии приводит в недоумение некоторых исследователей — неизвестны причины, по которым Кук предпочел тяжёлый матросский труд капитанской должности в торговом флоте. Но уже через месяц после поступления Кук становится боцманом.
Вскоре началась Семилетняя война (1756 год) «Игл» участвовал в блокаде побережья Франции. Известно также, что в мае 1757 года у острова Уэссан «Игл» вступил в бой с французским кораблем «Герцог Аквитанский» (водоизмещение 1500 тонн, 50 пушек). В ходе преследования и боя, «Герцог Аквитанский» был захвачен. «Игл» в том бою получил повреждения и был вынужден уйти на ремонт в Англию.
По достижении двухлетнего стажа, в 1757 году, Джеймс Кук успешно выдерживает экзамен на мастера (англ. Sailing Master), а 27 октября получает назначение на корабль «Солебей» под командованием капитана Крейга. Куку было в это время двадцать девять лет. С началом Семилетней войны он назначается на 60-пушечный корабль «Пемброк». «Пемброк» участвовал в блокаде Бискайского залива, затем в феврале 1758 года был отправлен к североамериканскому побережью (Канада).
Перед Куком была поставлена важнейшая задача, имевшая ключевое значение для взятия Квебека, — обставить фарватер участка реки Святого Лаврентия, чтобы британские корабли могли пройти до Квебека. Данная задача включала в себя не только нанесение фарватера на карту, но и обозначение судоходных участков реки буями. С одной стороны, в силу чрезвычайной сложности фарватера, объем работы был очень велик, с другой — работать приходилось по ночам, под обстрелом французской артиллерии, отбивая ночные контратаки, восстанавливая буи, которые французы успевали уничтожить. Успешно выполненная работа обогатила Кука картографическим опытом, а также явилась одной из основных причин, по которым Адмиралтейство в конечном итоге остановило свой исторический выбор именно на нем. Квебек был осаждён, затем взят. Кук непосредственно в боевых действиях участия не принимал. После взятия Квебека Кук был переведён мастером на флагманский корабль «Нортумберленд», что можно расценить как профессиональное поощрение. По приказу адмирала Колвилла, Кук продолжал картографирование реки Святого Лаврентия до 1762 года. Карты Кука были рекомендованы адмиралом Колвиллом к публикации и были опубликованы в Североамериканской лоции 1765 года. В Англию Кук вернулся в ноябре 1762 года.
Вскоре после возвращения из Канады, 21 декабря 1762 года, Кук женился на Элизабет Баттс. У них было шестеро детей: Джеймс (1763—1794 гг), Натаниэль (1764—1781 гг), Элизабет (1767—1771 гг), Джозеф (1768—1768 гг), Джордж (1772—1772) и Хью (1776—1793). Семья проживала в лондонском Ист-Энде. О жизни Элизабет после смерти Кука известно мало. Она прожила после его смерти ещё 56 лет и умерла в декабре 1835 года в возрасте 93 лет.