James Chadwick nacque nella piccola città di Bollington, Inghilterra il 20 ottobre 1891.

I suoi genitori erano John Joseph, proprietario di una lavanderia e di Ann Mary Knowles. James Chadwick si è distinto come un bambino introverso ed estremamente intelligente che frequentò le scuole superiori a Manchester.  

Quando aveva 11 anni, James lè stato accettato nella prestigiosa Manchester Grammar School. Purtroppo, i suoi genitori erano troppo poveri per potersi permettere la piccola somma di denaro necessaria per pagare le tasse. Studiò presso il ginnasio di Manchester.

A sedici anni ha ricevuto una borsa di studio presso la locale Victoria University. James intendeva studiare matematica, ma per un errore delle segreterie, dopo i colloqui di ammissione, fu iscritto a fisica. Molto timido di carattere non segnalò l’errore. 

All'inizio aveva paura della sua decisione, ma dopo il primo anno ha trovato il corso più interessante e si è laureato con lode in fisica nel 1911. Era stata dura, finanziariamente, per tre anni: Chadwick è sempre rimasto senza pranzo perché aveva poco denaro. 

Nel 1913, grazie ad una borsa di studio, si recò a Berlino per lavorare all’Imperiale Laboratorio Fisico Tecnico di Berlino-Charlottenburg con Hans Geiger. 

Poco prima della prima guerra mondiale, quando le azioni militari diventarono inevitabili, Geiger avvertì Chadwick di tornare in Inghilterra il prima possibile. Ma a causa di un'accusa di spionaggio, fu internato in un campo di concentramento per civili a Ruhleben fino al 1918. Durante i cinque anni della sua prigionia, Chadwick riuscì a raggiungere un accordo con le guardie e condurre indagini elementari sulla fluorescenza.  

Finita la guerra, nel 1919 tornò in Inghilterra accettando un posto al Gonville and Caius College e nel 1925, James sposò Eileen Stewart-Brown. La coppia ebbero due figlie gemelle, Joanna e Judith

Allo scoppio della Seconda Guerra Mondiale rischiò di trovarsi ancora bloccato in terre nemiche, si trovava infatti in vacanza in Svezia e non c’erano più voli per tornare in patria. Fortunatamente riuscì ad arrivare ad Amsterdam e da qui fino in Inghilterra.

Verso la fine della seconda guerra mondiale, Chadwick prese il testimone della missione britannica nel Progetto Manhattan. 

Chadwick aveva libero accesso a tutte le informazioni riservate del progetto: disegni, piani, dati, budget, nonostante fosse un civile e non fosse americano; vale la pena notare che entrambe le condizioni erano esclusive per partecipare al progetto.

Dopo la seconda guerra mondiale, è tornato a Liverpool, dove riuscì nel suo intento e costruì il primo ciclotrone inglese, usando parte dei soldi del Premio Nobel ricevuto. I contrasti con il vecchio amico Rutherford si acuirono e, quando visitò Cambridge, fu accusato di sperperare denaro nella costruzione di costosi acceleratori ed anche di tentare di convincere i suoi assistenti a trasferirsi a Liverpool. Rutherford, incapace di serbare rancore a lungo, gli scrisse poi in toni più concilianti, ma morì improvvisamente nel 1937 e i due non ebbero più occasione di incontrarsi. Chadwick ricordò spesso la triste fine di una così grande e duratura amicizia.

Fu nominato cavaliere nel 1945, diventando Sir James Chadwick

Al pensionamento si stabilì in un cottage in Galles del Nord, per dedicarsi agli hobbies preferiti del giardinaggio e pesca, ma nel 1969 tornò a Cambridge per vivere vicino alle figlie.

Chadwick è morto il 24 luglio 1974.

In suo onore è stato battezzato il cratere Chadwick sulla superficie della Luna.