nascido em Greenock ao lado da cidade de Glasgow, seu pai foi inventor naval e contratado, enquanto sua mãe, Agnes Muirhead, veio de uma família distinta e possuía uma boa educação. Ambos praticavam o presbiterianismo e eram membros ativos do movimento Covenanter. Seu avô, Thomas Watt, foi professor de matemática e magistrado da Baronia de Cartsburn.,
o delicado estado de saúde de James durante a infância o impediu de frequentar a escola regularmente, sendo educado fundamentalmente por sua mãe, embora posteriormente tenha frequentado a Escola de Gramática de Greenock. Ele demonstrou grande habilidade manual e aptidões para matemática, enquanto não estava interessado em latim e grego.
Quando ela tinha dezoito anos, sua mãe morreu e seu pai começou a ter problemas de saúde. Watt viajou para Londres e foi aprendiz de fabricante de instrumentos por um ano (1755/1756)., Ele então voltou para a Escócia e se estabeleceu na importante cidade comercial de Glasgow com a intenção de criar seu próprio negócio de fabricação de instrumentos. Elaborou e reparou quadrantes reflexivos de latão, réguas paralelas, Balanças, peças para telescópios e barômetros, entre outras coisas. Como ele não havia trabalhado como aprendiz por um período mínimo de sete anos, a Guilda de Ferreiros De Glasgow (com jurisdição sobre qualquer artesão que usasse martelos) bloqueou seu pedido, embora não houvesse outros fabricantes de instrumentos matemáticos na Escócia.,
Watt foi salvo deste impasse com a chegada da Jamaica de instrumentos astronômicos legados por Alexander Macfarlane à Universidade de Glasgow, que exigiam a atenção de especialistas. Watt restaurou – os para o arranque e foi pago por isso. Estes instrumentos foram finalmente instalados no Observatório Macfarlane. Posteriormente, três professores lhe ofereceram a oportunidade de criar uma pequena oficina dentro da Universidade. Começou em 1757 e dois dos professores, o físico e químico Joseph Black e o famoso Adam Smith, tornaram-se amigos de Watt.,
no início trabalhou na manutenção e reparação de instrumentos científicos utilizados na Universidade, auxiliando nas demonstrações e ampliando a produção de quadrantes. Em 1759, ele criou uma parceria com John Craig, um arquiteto e empresário, para fabricar e vender uma linha de produtos que incluía instrumentos musicais e brinquedos. A sociedade permaneceu nos seis anos seguintes e empregou até dezesseis trabalhadores. Craig morreu em 1765. Finalmente, um funcionário, Alex Gardner, assumiu o negócio, que permaneceu ativo até o século XX.,
Em 1764, Watt casou-se com sua prima, Margaret (Peggy) Miller, com quem teve cinco filhos, dois dos quais viveram até a idade adulta: James Jr. (1769-1848) e Margaret (1767-1796). Sua esposa morreu ao dar à luz, em 1772. Em 1777, ela se casou novamente com Ann MacGregor, filha de um fabricante de corantes de Glasgow, com quem teve dois filhos: Gregory (1777-1804), que se tornou geólogo e mineralogista, e Janet (1779-1794). Ann morreu em 1832. Entre 1777 e 1790, ele viveu em Regent Place, Birmingham.
Foi um membro-chave da Sociedade Lunar., Muitos de seus escritos são preservados na biblioteca de Birmingham. Faleceu em 25 de agosto de 1819 em Heathfield, em sua casa situada em Handsworth, Inglaterra, aos 83 anos.