Параллельно с учебой в школе – к которой Джеймс, по собственному признанию, относился спустя рукава – Арнесс подрабатывал курьером и грузчиком. Долгое время он мечтал стать военным пилотом; увы, из-за проблем со зрением будущее его на поприще летчика смотрелось по меньшей мере неубедительно. Позже оказалось, что даже с отличным зрением у Арнесса шансов было мало – в то время на пилотов тренировали кандидатов ростом не выше 1.88 метра. Джеймс со своими 2 с лишним метрами роста под это ограничение явно не подходил; тем не менее, место в армии США ему все же нашлось – Арнесса приняли в пехоту. Джеймс успел принять участие в боевых действиях Второй мировой – более того, во время операции «Галька Арнесс был серьезно ранен в бою под итальянским городом Анцио.
29-го января 1945-го Джеймс, прошедший к тому времени через серию хирургических операций, был отправлен домой. Окончательно залечить военные раны ему так и не удалось; до конца жизни Арнесс страдал от хронической боли в ноге. На гражданку Арнесс отправился с целым рядом престижных военных наград – вроде Бронзовой Звезды и Пурпурного Сердца.
Вскоре после ухода из армии Арнесс устроился в колледж; в 1945-м же он получил место радиоведущего на одной из станций Миннесоты. По-настоящему прославиться ему, впрочем, удалось куда позже. Добравшись автостопом в Голливуд, Джеймс подписал контракт с «RKO». Сменив фамилию c «Орнесс» на «Арнесс», актер начал сниматься в кино; дебютировал он в картине 1947-го «Дочь фермера».
Сейчас Арнесс известен преимущественно ролями в вестернах; в свое время, однако, ему довелось сыграть в двух научно-фантастических картинах – «Нечто» и «Они».
Джеймс был хорошим другом другого известного актера тех времен Джона Уэйна; несколько раз им даже довелось играть вместе. Некоторые даже утверждают, что роль Диллона когда-то предназначалась именно Уэйну – однако тот отказался от нее, порекомендовав взамен Арнесса. Правдивое зерно в этой истории действительно есть – Арнесса на роль Диллона порекомендовал действительно Уэйн; остальная часть истории – вымысел от начала и до конца. Так или иначе, именно роль Мэтта Диллона прославила Арнесса во всем мире; сериал выдержал 20 лет телетрансляции – став, таким образом, самым длинным драматическим сериалом американского телевидения на тот момент. Лишь в 2010-м рекорд «Gunsmoke» сумело повторить шоу «Закон и порядок».
После окончания прославившего его сериала Арнесс продолжал сниматься в вестернах; одним из немногих исключений стал образ полицейского в достаточно недолговечном шоу «Закон Макклейна».
Скончался Джеймс Арнесс 3-го июня 2011-го, в своем доме в Брентвуде, Лос-Анджелес.