James Paul Marsden nació el 18 de septiembre de 1973, en Stillwater, Oklahoma. Sus padres se divorciaron cuando él tenía nueve años, creció junto a sus cuatro hermanos. Durante su adolescencia, asistió a Putnam City North High School y después ingresó a la Universidad Estatal de Oklahoma donde estudió periodismo televisivo y descubrió que quería ser actor. Más tarde se mudó a Los Ángeles interesado en iniciar su carrera actoral. Consiguió su primer trabajo en el episodio piloto de La niñera (1993), más tarde participó en Boogies Diner (1994) y en Cinco en familia (1994). Su primer gran oportunidad llegó en Second Noah (1996), más tarde participó en Comportamiento perturbado (1998) y en Ally McBeal (1997).

Uno de sus papeles más recordados es el de Cíclope en la franquicia de películas X-Men (2000). 

Participó en cintas como Superman Returns: El regreso (2006),  Encantada: La historia de Giselle (2007), 27 vestidos (2008). Tuvo dos hijos con la actriz Lisa Linde de quien se divorció en 2011. Más tarde tuvo otro hijo con la modelo Rose Costa.