James Vowles wurde am 20. Juni 1979 in Felbridge, England geboren. Er wuchs zum Teil in der Schweiz auf und besuchte die International School of Geneva, wo er 1997 sein International Baccalaureate abschloss. Danach studierte er an der University of East Anglia und erwarb 2000 einen Bachelor in Computer Science. Im Anschluss daran (2001) absolvierte er ein Masterstudium in Motorsport Engineering & Management an der Cranfield University.
Ebenfalls in 2001 fing er beim British American Racing Team (BAR) als Ingenieur an zu arbeiten. Das Team machte zwei Wandlungen durch: zuerst wurde es zu Honda, danach zu Brawn GP. Bei Brawn stieg Vowles zum Chefstrategen auf und übernahm eine Schlüsselrolle in der Saison 2009 - Brawn konnte in diesem Jahr sowohl die Fahrer- als auch die Konstrukteurs-Weltmeisterschaft gewinnen konnte. Danach wurde das Team von Mercedes übernommen.
Vowles wurde bei Mercedes zum Leiter der Strategieabteilung befördert und war dadurch maßgeblich an der beispiellosen Erfolgsgeschichte von Mercedes in der Hybridära beteiligt. Unter seiner Mitwirkung gewann Mercedes acht aufeinanderfolgende Konstrukteurs-Weltmeisterschaften und sieben Fahrertitel. Richtig bekannt wurde sein Name durch den legendären Funkspruch: "Valtteri, it's James."
Am 13. Jänner 2023 wurde bekannt, dass Vowles Mercedes verlassen und Teamchef von Williams wird. Als dritter Teamchef der Williams-Geschichte nahm er die Herausforderung an, das Traditionsteam neu aufzustellen. Unter seiner Führung erlebte das Team einen sichtbaren Aufschwung. Im September 2025 erreichte das Team zum ersten Mal seit 2017 wieder ein Podium. Drei Monate davor verlängerte Vowles seinen Vertrag bei Williams langfristig.