James Gunn nasceu e foi criado em St. Louis, Missouri, filho de Leota e James Francis Gunn. Ele vem de uma grande família católica, com ascendência irlandesa e tcheca. Seu pai e seus tios eram todos advogados. Ele tem escrito e atuado desde que se lembra. Ele começou a fazer filmes em 8 mm aos 12 anos. Muitos desses eram filmes cômicos com seus irmãos sendo estripados por zumbis. Ele frequentou a escola preparatória para a faculdade da Saint Louis University High (SLUH), mas mais tarde largou a faculdade para seguir uma carreira no rock and roll.
Sua banda, "the Icons", lançou um álbum, "Mom, We Like It Here on Earth". Ele ganhou muito pouco dinheiro fazendo isso e, durante esse tempo, ele também trabalhou como ordenança em Tucson, Arizona, onde muitas das situações em seu primeiro romance, "The Toy Collector", se baseiam. Ele escreveu e desenhou histórias em quadrinhos para jornais underground e universitários.
Gunn finalmente voltou à escola e recebeu seu bacharelado. na Saint Louis University em sua cidade natal, St. Louis. Ele se mudou para Nova York, onde recebeu um MFA em redação criativa da Columbia University, o que ele hoje pensa pode ter sido uma perda de tempo maravilhosamente cara. Ao terminar seu MFA, ele começou a escrever "The Toy Collector" e começou a trabalhar para "Troma Studios", a maior produtora de filmes B da América. Enquanto estava lá, ele escreveu e produziu o clássico cult Tromeo e Juliet (1996) e, com Lloyd Kaufman, escreveu "Tudo que eu preciso saber sobre cinema que aprendi com o vingador tóxico".
Gunn teve um despertar espiritual em Cannes em 1997 e deixou a Troma e se mudou de Nova York para Los Angeles. Ele escreveu e atuou no filme The Specials (2000) com Rob Lowe, Jamie Kennedy, Thomas J. Churchill e seu irmão Sean Gunn. Ele escreveu dois roteiros para filmes de ação ao vivo da Warner Brothers: Spy vs. Spy (1985) e Scooby-Doo (2002). Em 1999, após quase cinco anos, concluiu "The Toy Collector". Depois de fazer Scooby-Doo 2: Monsters Unleashed (2004), Gunn fez sua estréia na direção com Slither (2006). Mais tarde, ele fez o filme de super-heróis Super (2010) e os filmes de sucesso da Marvel Guardians of the Galaxy (2014) e sua sequência Guardians of the Galaxy Vol. 2 (2017)
Gunn tem quatro irmãos, todos da indústria do entretenimento. Seu irmão, Patrick Gunn, é vice-presidente sênior da Artisan Entertainment, empresa responsável pela distribuição (e pela campanha de marketing do) The Blair Witch Project (1999). Seu irmão, Brian Gunn, é um roteirista que trabalha em parceria com seu primo Mark Gunn.
O irmão de Gunn, Matt Gunn escreveu e estrelou o vencedor do Festival de Cinema de Sundance de 1997, Man About Town (1997). O irmão de Gunn, Sean Gunn, é um ator regularmente visto em filmes, comerciais e programas de TV como Angel (1999). James e Sean colaboraram em duas ocasiões. Sean estrelou Tromeo e Juliet (1996), e atuaram juntos e co-produziram The Specials (2000). Os irmãos têm uma irmã, Beth, que é advogada.
Gunn se casou com a atriz e cartunista Jenna Fischer em 2000. Eles se divorciaram em 2008. Ele agora está em um relacionamento com Jennifer Holland
