Cameron đã kết hôn năm lần.[96] Ông kết hôn với Sharon Williams từ năm 1978 đến năm 1984. Một năm sau khi ông và Sharon ly hôn, Cameron kết hôn với nhà sản xuất phim Gale Anne Hurd, một cộng tác viên thân thiết cho các bộ phim những năm 1980 của ông. Họ ly hôn vào năm 1989. Ngay sau khi ly thân với Hurd, Cameron gặp đạo diễn Kathryn Bigelow, người mà ông kết hôn vào năm 1989, nhưng họ ly hôn vào năm 1991. Cameron sau đó bắt đầu mối quan hệ với Linda Hamilton, nữ diễn viên trong loạt phim Kẻ hủy diệt; con gái của hai người sinh năm 1993. Cameron kết hôn với Hamilton vào năm 1997. Giữa những đồn đoán về mối quan hệ ngoại tình giữa Cameron và nữ diễn viên Suzy Amis, Cameron và Hamilton đã ly thân sau hai năm chung sống, với việc Hamilton nhận được khoản tiền 50 triệu USD.[97][98][99] Ông kết hôn với Amis, người vợ thứ năm của mình, vào năm 2000. Họ có với nhau một con trai và hai con gái.[81]

Cameron đã định cư tại Hoa Kỳ từ năm 1971, nhưng ông vẫn là một công dân Canada. Cameron nộp đơn xin nhập quốc tịch Mỹ vào năm 2004, nhưng đã rút đơn sau khi George W. Bush thắng cử tổng thống.[100] Bị cuốn hút bởi New Zealand trong quá trình ghi hình Avatar, Cameron đã mua một trang trại rộng 1500ha và một ngôi nhà ở đó[101][102][103] và chia thời gian của ông giữa California và New Zealand bây giờ.[104] Tuy nhiên, Cameron đã rao bán ngôi nhà của mình ở Malibu, California, quyết định trở thành công dân của New Zealand và thực hiện tất cả các dự án trong tương lai của mình tại quốc gia này. Ông nói vào tháng 8 năm 2020: "Với tư cách là một cư dân New Zealand (và hy vọng sẽ sớm trở thành công dân), tôi dự định làm tất cả các bộ phim trong tương lai của mình ở New Zealand và tôi thấy đất nước này có cơ hội để chứng minh cho ngành công nghiệp điện ảnh quốc tế biết cách để quay trở lại làm việc một cách an toàn. Với Avatar [...], khi [bộ phim] hoàn thành, [tác phẩm] sẽ thu hút nhiều nhà sản xuất hơn đến với New Zealand và kích thích ngành công nghiệp màn ảnh và nền kinh tế trong nhiều năm.[105][106]

Cameron cho biết ông là một "người cải đạo thuyết bất khả tri" và nói thêm rằng: "Tôi đã thề từ bỏ thuyết bất khả tri, mà bây giờ tôi coi là một chủ nghĩa vô thần hèn nhát".[46] Cameron đã gặp người bạn thân Guillermo del Toro trong quá trình sản xuất bộ phim năm 1993 Cronos.[107] Năm 1998, cha của del Toro bị bắt cóc ở Guadalajara và Cameron đã đưa cho del Toro hơn 1 triệu USD tiền mặt để trả tiền chuộc.[107][108][109] Cameron cũng là một chuyên gia về thám hiểm biển sâu, một phần là do công việc của ông cho hai dự án The Abyss và Titanic, [87] một phần cùng là do niềm đam mê thời thơ ấu của ông với những con tàu đắm. Ông đã đóng góp vào những tiến bộ trong công nghệ quay phim dưới nước và các phương tiện dưới nước vận hành từ xa, đồng thời giúp phát triển hệ thống máy quay 3D Fusion Camera System.[110][111][112] Năm 2011, Cameron trở thành nhà thám hiểm thường kỳ của National Geographic.[113] Với vai trò này, ngày 7 tháng 3 năm 2012, ông đã lặn sâu 5 dặm xuống đáy rãnh New Britain bằng tàu Deepsea Challenger.[114] 19 ngày sau, Cameron đến được Vực thẳm Challenger, điểm sâu nhất của Rãnh Mariana.[115][116][117] Ông đã dành hơn ba giờ để khám phá đáy đại dương, trở thành người đầu tiên hoàn thành chuyến đi này một mình.[115][118] Trong quá trình lặn xuống Vực thẳm Challenger, ông đã phát hiện ra các loài hải sâm, sâu mực mới và một loại amip đơn bào khổng lồ.[119] Trước đó, ông đã thực hiện những lần lặn không người lái vào năm 1995 và 2009.[120]

Tháng 6 năm 2013, họa sĩ người Anh Roger Dean đã đệ đơn khiếu nại bản quyền chống lại Cameron, yêu cầu bồi thường thiệt hại 50 triệu USD.[121] Liên quan đến tác phẩm Avatar, ông bị buộc tội "cố ý sao chép, phổ biến và khai thác" các hình ảnh gốc của Dean; vụ án đã bị thẩm phán quận Jesse Ferman của Hoa Kỳ bác bỏ vào năm 2014.[122] Năm 2016, Premier Exhibitions, chủ sở hữu của nhiều hiện vật từ tàu RMS Titanic, đã nộp đơn xin phá sản. Cameron ủng hộ quyết định của Bảo tàng Hàng hải Quốc gia và Bảo tàng Quốc gia Bắc Ireland của Vương quốc Anh để đấu thầu các hiện vật, nhưng chúng đã được một nhóm đầu tư mua lại trước khi cuộc đấu thầu chính thức được diễn ra.[123][124]