James Chadwick syntyi Cheshiressä Englannissa 20. lokakuuta 1891, poika John Joseph Chadwick ja Anne Mary Knowles. Hän osallistui Manchesterin lukioon ennen siirtymistään Manchesterin yliopistoon vuonna 1908; hän valmistui Honors School of Physics -koulusta vuonna 1911 ja vietti seuraavat kaksi vuotta professori (myöhemmin Lord) Rutherfordin johdolla Manchesterin fysikaalisessa laboratoriossa, jossa hän työskenteli erilaisten radioaktiivisuusongelmien parissa. tutkinto vuonna 1913. Samana vuonna hänelle myönnettiin 1851-näyttelystipendi ja hän siirtyi Berliiniin työskentelemään Physikalisch Technische Reichsanstaltissa Charlottenburgissa professori H. Geigerin johdolla.
Ensimmäisen maailmansodan aikana hänet internoitiin Zivilgefangenenlager, Ruhleben. Sodan jälkeen, vuonna 1919, hän palasi Englantiin hyväksymään Wollaston Studentshipin Gonvillessa ja Caius Collegessa Cambridgessa ja jatkamaan työtä Rutherfordin johdolla, joka oli sillä välin muuttanut Cavendishin laboratorioon Cambridgessa. Rutherford oli onnistunut tuona vuonna hajottamaan atomeja pommittamalla typpeä alfa-hiukkasilla protonipäästöillä. Tämä oli ensimmäinen keinotekoinen ydinmuutos. Cambridgessa Chadwick liittyi Rutherfordiin toteuttamaan muiden valoaineiden transmutaatiota pommittamalla alfahiukkasilla ja tekemällä tutkimuksia atomiytimien ominaisuuksista ja rakenteesta.
Hänet valittiin Gonvillen ja Caius Collegen stipendiaatiksi ( 1921-1935) ja hänestä tuli Cavendishin laboratorion apulaisjohtaja (1923). Vuonna 1927 hänet valittiin Royal Societyn jäseneksi.
Vuonna 1932 Chadwick teki ydintutkimuksen ydintutkimuksen alalla: hän osoitti neutronien – alkeishiukkasten, joilta puuttuu sähkövaraus. Päinvastoin kuin heliumin ytimissä (alfasäteissä), jotka ovat varautuneita ja jotka sen vuoksi hylkäävät raskaiden atomien ytimissä olevat huomattavat sähkövoimat, tämän uuden atomihajoamisen työkalun ei tarvitse ylittää mitään sähköistä estettä ja se pystyy tunkeutumaan ja jakamaan jopa raskaimpien elementtien ytimet. Chadwick valmisteli tällä tavalla tietä kohti uraanin 235 fissiota ja kohti atomipommin luomista. Tästä aikakausien löytämisestä hänelle myönnettiin Kuninkaallisen seuran Hughes-mitali vuonna 1932 ja myöhemmin Nobelin fysiikkapalkinto vuonna 1935.
Hän pysyi Cambridgessa vuoteen 1935, jolloin hänet valittiin Lyon Jonesiin. Fysiikan puheenjohtaja Liverpoolin yliopistossa. Vuosina 1943–1946 hän työskenteli Yhdysvalloissa Manhattanin atomipommin kehittämishankkeeseen liittyvän Ison-Britannian edustuston päällikkönä. Hän palasi Englantiin ja jäi vuonna 1948 eläkkeelle aktiivisesta fysiikasta ja asemastaan Liverpoolissa valitessaan Gonvillen ja Caius Collegen päälliköksi Cambridgessa. Hän jäi eläkkeelle tästä mestaruudesta vuonna 1959. Vuosina 1957–1962 hän oli osa-aikaisesti Yhdistyneen kuningaskunnan atomienergiaviraston jäsen.
Chadwick on julkaissut monia artikkeleita radioaktiivisuudesta ja siihen liittyvistä ongelmista sekä Lordin kanssa. Rutherford ja CD Ellis, hän on kirjan Kirjoja säteily radioaktiivisista aineista (1930).
Sir James valittiin ritariksi vuonna 1945. Edellä mainitun Hughes-mitalin (Royal Society) lisäksi hän sai Copley-mitali (1950) ja Franklin-mitali Franklin-instituutista, Philadelphia (1951). Hän on fysiikan instituutin kunniatohtorina ja lisäksi kunniatohtorin tutkinnon Readingin, Dublinin, Leedsin, Oxfordin, Birminghamin, Montrealin (McGill), Liverpoolin ja Edinburghin yliopistoista, hän on useiden ulkomaisten jäsenten jäsen. akatemiat Académie Royale de Belgiquen yhdistyksenä; Kongelige Danske Videnskabernes Selskabin ja Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappenin ulkomaisjäsen; Leipzigin Sächsische Akademie der Wissenschaftenin kirjeenvaihtaja; Pontificia Academia Scientiarumin ja Franklin-instituutin jäsen; American Philosophical Societyn ja American Physical Societyn kunniajäsen.
Vuonna 1925 hän avioitui Liverpoolin Aileen Stewart-Brownin kanssa. Heillä on kaksi tytärtä, ja he asuvat Denbighissä, Pohjois-Walesissa. Hänen harrastuksensa ovat puutarhanhoito ja kalastus.