Родился в Лос Анджелесе, штат Калифорния, США. Окончил Калифорнийский университет в Лос - Анджелесе.
Окончив учебу, Джеймс Бролин сразу начал сниматься, дебютировав в телевизионном сериале `Автобусная остановка`. Появлялся он и в нескольких других шоу, а за участие в сериале `Доктор медицины Маркус Уэлби` получил `Эмми`.
В большом кино актер начал сниматься с 1963 года, играя как главные роли, так и роли второго плана. Одна из его самых известных ролей - Кларк Гейбл в фильме `Гейбл и Ломбард
В большом кино актер начал сниматься с 1963 года, играя как главные роли, так и роли второго плана.
Джеймс Бролин получил известность благодаря телевизионному телесериалу «Доктор медицины Маркус Уэлби», за который он был награждён премией «Эмми» и «Золотым глобусом». В 1980-е гг. он исполнил главную роль в телевизионном сериале «Отель» (1983—1988). В 1983 г.
Джеймс Бролин почти стал новым Джеймсом Бондом после Роджера Мура в фильме «Осьминожка», если бы продюсеры в последний момент не передумали и не утвердили всё-таки Мура. Самым известным фильмом с участием Джеймса Бролина является «Козерог-1» Питера Хайамса. В последние годы Бролин снимается преимущественно в фильмах класса «В» либо небольших эпизодических ролях в нашумевших фильмах («Траффик» Стивена Содерберга (2000)). В 2003 г. Бролин снялся в роли президента Рейгана в телевизионном биографическом фильме «Рейганы», где его партнёршей в роли Нэнси Рейган стала австралийская актриса Джуди Дэвис. В фильме «Вдова на холме» 2005 г. партнёршей Бролина была Наташа Хенстридж.
У Джеймса трое детей (в том числе актёр Джош Бролин) от предыдущих браков, а в 1998 г. Джеймс Бролин женился на Барбре Стрейзанд.