McAvoy sinh ở Port Glasgow, Scotland, mẹ là Elizabeth (née Johnstone), một nữ y tá chăm sóc bệnh nhân tâm thần, cha là James McAvoy, làm thợ nề.[4][5] Cha và mẹ của McAvoy ly dị khi anh mới 7 tuổi. Anh sống với ông bà ngoại, bà Mary và ông James Johnstone và em gái Joy McAvoy (nay là một ca sĩ) ở Drumchapel; một vùng của Glasgow.[5] Anh ít khi gặp mẹ, còn cha thì càng ít gặp hơn.[6]. Em trai cùng cha khác mẹ của James đang thụ án tù vì tội giết người. Có lẽ chính vì vậy, ngay đêm nhận giải BAFTA, những người đầu tiên anh nhớ tới là gia đình: James đã không ngớt lời cảm ơn mẹ, ông bà và vợ anh. Ngoài ra, anh không có một lời nào nhắc tới cha cũng như em trai [7].

McAvoy tốt nghiệp Trường trung học St. Thomas Aquinas ở Jordanhill, Glasgow, một trường dòng của đạo Thiên chúa giáo, và đã dự định sẽ trở thành cha xứ. Trong khi đi học, anh đã phải đi làm thêm ở một lò bánh[8][9]. Nhưng cuối cùng anh tốt nghiệp Viện Âm nhạc và Kịch Hoàng gia Scotland (Royal Scottish Academy of Music and Drama) vào năm 2000.