Marsden wuchs in Oklahoma City, Oklahoma, auf. Seine Eltern ließen sich scheiden, als er neun Jahre alt war. Marsden hat vier Geschwister: zwei jüngere Schwestern und zwei Brüder. Er besuchte die Hefner Middle School, später die Putnam City North High School in Oklahoma City und anschließend die Oklahoma State University, um dort Fernsehjournalismus zu studieren. Das Studium brach Marsden nach eineinhalb Jahren ab und zog nach Los Angeles, um dort einer Schauspielerkarriere nachzugehen.
Seine erste Rolle hatte Marsden 1993 in dem Fernsehdrama Die Tragödie von Waco. Nach einigen weiteren Rollen in Fernsehserien wie Die Nanny, Party of Five und Ein Hauch von Himmel erhielt er 1998 eine der Hauptrollen in dem Teenager-Horrorfilm Dich kriegen wir auch noch!. Von 2001 bis 2002 war er in der fünften Staffel der erfolgreichen Anwaltsserie Ally McBeal in der Rolle des Anwalts Glenn Foy zu sehen.
Einem breiten Publikum wurde Marsden bekannt durch seine Verkörperung des Cyclops in drei Teilen der X-Men-Verfilmungen. In den nachfolgenden Jahren trat er in Komödien wie Verwünscht und 27 Dresses auf. In der Neuverfilmung des Musicals Hairspray spielte Marsden die Rolle des Showmoderators Corny Collins. Seit 2016 ist er als Teddy Flood in der HBO-Fernsehserie Westworld zu sehen.
James Marsden heiratete am 22. Juli 2000 die Schauspielerin Mary Elizabeth Lisa Linde, die Tochter des Country-Musik-Komponisten Dennis Linde. Linde reichte am 23. September 2011 die Scheidung ein. Die beiden haben einen Sohn (* 2001) und eine Tochter (* 2005). Mit seiner früheren Freundin Rose Costa hat Marsden einen gemeinsamen Sohn (* 2012).
In Produktionen zu Anfang seiner Karriere wurde er im Abspann häufig als Jimmy Marsden geführt.
1996 hatte sich Marsden neben Schauspielerkollegen wie Matt Damon, Wil Wheaton und Leonardo DiCaprio für die jugendliche Hauptrolle in dem Thriller Zwielicht beworben, die dann an Edward Norton ging.
Die ihm 1998 angebotene Hauptrolle in dem Filmdrama Studio 54 lehnte er ab, sie wurde schließlich von Ryan Phillippe übernommen.
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Filme
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2024 – Sonic the Hedgehog 3
2024 – Unfrosted
2024 – A Killer's Memory
2023 – Paw Patrol: Der Mighty Kinofilm
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2022 – Sonic the Hedgehog 2
2021 – My little Pony - Eine neue Generation
2021 – Brilliant Templeton: Eine Ponygeschichte
2021 – Boss Baby – Schluss mit Kindergarten
2020 – Born of a Dream
2020 – 30 Rock: A One-Time Special
2020 – Sonic the Hedgehog
2018 – Henchmen
2017 – Shock and Awe - Krieg der Lügen
2017 – Tour de Pharmacy
2017 – The Female Brain - Warum Frauen anders sind als Männer
2015 – The D Train
2015 – Willkommen bei Alice
2015 – Big Business - Außer Spesen nichts gewesen
2015 – Red Machine - Hunt or be Hunted
2015 – Liebe ohne Krankenschein
2014 – The Best of Me - Mein Weg zu Dir
2014 – The Loft
2014 – X-Men: Zukunft ist Vergangenheit
2014 – Mädelsabend
2013 – Anchorman – Die Legende kehrt zurück
2013 – Der Butler
2013 – 2 Guns
2013 – As Cool as I Am
2012 – Robot & Frank
2012 – Die Hochzeit unserer dicksten Freundin
2012 – Small Apartments
2011 – Straw Dogs - Wer Gewalt sät
2011 – Hop – Osterhase oder Superstar
2010 – Cats & Dogs - Die Rache der Kitty Kahlohr
2010 – Sterben will gelernt sein
2009 – The Box – Du bist das Experiment
2008 – Spritztour
2008 – Pip's Predicament: A Pop-Up Adventure
2008 – 27 Dresses – Kleider machen Bräute
2007 – Verwünscht
2007 – You Can’t Stop the Beat: The Long Journey of "Hairspray"
2007 – Hairspray
2006 – Requiem for Krypton: Making 'Superman Returns'
2006 – X3: The Excitement Continues
2006 – Brett Ratner's X-Diaries
2006 – Superman Returns
2006 – X-Men: Der letzte Widerstand
2006 – Streets of Philadelphia - Unter Verrätern
2006 – Alibi
2005 – Heights
2004 – Wie ein einziger Tag
2004 – The 24th Day
2003 – FX2: Visual Effects
2003 – The Second Uncanny Issue of X-Men! Making X2
2003 – X2 Global Webcast Highlights
2003 – X-Men 2
2003 – Evolution X - The Making of X-Men
2003 – X-Men: Premieres Around the World
2002 – Interstate 60
2001 – De Superman à Spider-Man: L'aventure des super-héros
2001 – Zoolander
2001 – Sugar & Spice
2000 – X-Men
2000 – X-Men: The Mutant Watch
2000 – Tödliche Gerüchte
1998 – Dich kriegen wir auch noch
1997 – Bella Mafia
1997 – On the Edge of Innocence
1997 – Campfire Tales
1996 – Taken Away - Eisiges Gefängnis
1996 – Public Enemy
1995 – 919 Fifth Avenue
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1994 – Notfall in den Rocky Mountains
1993 – In the Line of Duty: Ambush in Waco
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2009 – Modern Family
2009 – Watch What Happens Live with Andy Cohen
2009 – Party Down
2006 – 30 Rock
2005 – The Late Late Show with Craig Ferguson
2003 – Jimmy Kimmel Live!
2002 – Top Gear
2001 – Critics Choice Awards
1999 – The Late Late Show with Craig Kilborn
1997 – Ally McBeal
1997 – The View
1996 – Second Noah
1995 – Outer Limits - Die unbekannte Dimension
1994 – Ein Hauch von Himmel
1994 – Boogies Diner
1994 – Party of Five
1993 – Die Nanny
1993 – Saved by the Bell: The New Class
1990 – Blossom
1988 – LIVE with Kelly and Mark
1949 – The Emmy Awards
Disavowed