James McAvoy nasceu em Scotstoun, Glasgow. A sua mãe, Elizabeth Johnstone, é enfermeira psiquiatra e o pai, também James McAvoy, constructor. A sua irmã Joy faz parte da banda escocesa Streetside. Os pais de James divorciaram-se quando este tinha apenas sete anos, quando se mudou para a casa dos avós maternos (Mary e James Johnstone), em Drumchapel. Frequentou o colégio St. Thomas Aquinas, considerado um colégio católico, e durante seis anos o Pace Youth Theatre, onde teve aulas com Mhari Gilbert. Graduou-se em 2000 no Royal Scottish Academy of Music and Drama (Real Academia Escocesa de Música e Representação).