James Francis Cameron sinh ngày 16 tháng 8 năm 1954 tại Kapuskasing, Ontario, là con trai của Philip Cameron, một kỹ sư điện, và Shirley (nhũ danh Lowe), một nghệ sĩ kiêm điều dưỡng viên.[1] Ông cố nội của ông di cư từ Balquhidder, Scotland, vào năm 1825.[1] Cameron là con cả trong gia đình có 5 anh chị em. Khi còn nhỏ, ông đã từ chối tham gia Kinh Lạy Cha ở trường và ví nó giống như "bài thánh ca bộ lạc".[2][3] Ông theo học tại Stamford Collegiate ở Niagara Falls. Năm 17 tuổi, Cameron và gia đình chuyển từ Chippawa đến Brea, California.[4] Ông theo học tại trường Trung học Sonora và sau đó chuyển đến trường Trung học Brea Olinda.[2]

Sau khi tốt nghiệp trung học, vào năm 1973, Cameron đăng ký học tại trường cao đẳng cộng đồng Fullerton để nghiên cứu vật lý, nhưng cuối cùng lại bỏ học vào cuối năm 1974.[5] Cameron bắt đầu làm những công việc lặt vặt như lái xe tải và gác cổng, và bắt đầu viết lách trong khoảng thời gian rảnh rỗi.[6] Cũng trong thời gian này, ông tìm hiểu về kỹ xảo hình ảnh và "bất cứ thứ gì liên quan đến công nghệ điện ảnh" bằng cách đọc tác phẩm của các sinh viên khác tại thư viện.[7] Phấn khích sau khi xem Chiến tranh giữa các vì sao vào năm 1977, Cameron từ bỏ công việc tài xế xe tải để bước vào ngành công nghiệp điện ảnh.[8]