McAvoy nasceu em 21 de abril de 1979 em Glasgow, Escócia, filho de James, motorista de ônibus, e Elizabeth (nascida Johnstone), enfermeira. Ele foi criado em um conjunto habitacional em Drumchapel, Glasgow, por seus avós maternos (James, um açougueiro e Mary), depois que seus pais se divorciaram quando James tinha 11 anos. Ele foi para a Escola Secundária de Santo Tomás de Aquino em Jordanhill, Glasgow, onde se saiu bem o suficiente e comecei 'uma pequena banda de escola com alguns amigos'.
McAvoy brincou com a ideia do sacerdócio católico quando criança, mas, quando tinha 16 anos, uma visita do ator David Hayman à escola despertou o interesse pela atuação. Hayman ofereceu-lhe um papel em seu filme The Near Room (1995), mas apesar de ter gostado da experiência, McAvoy não considerou seriamente atuar como uma carreira, embora tenha continuado a atuar como membro do PACE Youth Theatre. Em vez disso, candidatou-se à Royal Navy e já tinha sido aceite quando também lhe foi oferecida uma vaga na Royal Scottish Academy of Music and Drama (RSAMD).
Assumiu funções no RSAMD (hoje Royal Conservatoire of Scotland) e, quando se formou em 2000, mudou-se para Londres. Ele já havia feito algumas aparições na TV nessa época e continuou a ter um fluxo constante de trabalho na TV e no cinema até que chamou a atenção do público britânico em 2004, interpretando o ladrão de carros Steve McBride na bem-sucedida série de TV britânica Shameless (2004) e depois para o resto do mundo em 2005 como Sr. Tumnus, o fauno, na adaptação da Disney de As Crônicas de Nárnia: O Leão, a Bruxa e o Guarda-Roupa (2005), de CS Lewis. Em O Último Rei da Escócia (2006), McAvoy interpretou um médico escocês que se torna o médico pessoal do ditador Idi Amin, interpretado por Forest Whitaker. O avanço da carreira de McAvoy veio em Atonement (2007), a adaptação de Joe Wright do romance de Ian McEwan em 2007.
Desde então, McAvoy assumiu papéis no teatro, estrelando "Macbeth" de Shakespeare (dirigido por Jamie Lloyd), que lançou a primeira temporada de Trafalgar Transformed no West End de Londres e lhe rendeu uma indicação ao prêmio Olivier de Melhor Ator. Em janeiro de 2015, McAvoy voltou ao palco do Trafalgar Studios para interpretar Jack Gurney, o delirante 14º Conde de Gurney que acredita ser Jesus, no primeiro revival da sátira de Peter Barnes 'The Ruling Class', um papel pelo qual ele foi posteriormente premiado o prêmio de melhor ator do London Evening Standard Theatre.
Na tela, McAvoy apareceu como o policial corrupto Bruce Robertson em Filth (2013), um papel pelo qual recebeu um BAFTA escocês de Melhor Ator, um British Independent Film Award de Melhor Ator, um London Critics Circle Film Award de Ator Britânico de Ano e Prêmio Império de Melhor Ator. Mais recentemente, ele reprisou seu papel como Professor Charles Xavier em X-Men: Days of Future Past (2014), X-Men: Apocalypse (2016) e X-Men: Dark Phoenix (2019). Ele começou sua representação de Kevin Wendell Crumb, também conhecido como The Horde, um homem com um caso extremo de transtorno dissociativo de identidade no thriller Split (2016) de M. Night Shyamalan e continuou na sequência, Glass (2019). Também em 2019, ele interpretou Bill Denbrough em It Chapter Two (2019), a sequência de terror de It (2017).
McAvoy e Jamie Lloyd parecem prontos para continuar sua colaboração em dezembro de 2019, com uma produção de 'Cyrano de Bergerac' no Playhouse Theatre no West End, em Londres. O projeto está nos planos já em 2017, quando McAvoy postou uma foto dele lendo o roteiro e usando um nariz falso.
