Licencié ès mathématiques et sciences politiques, James Woods s'illustre d'abord sur les planches et obtient en 1965 le New England Regional Drama Festival Award pour son rôle dans The Little Foxes. Installé à New York en 1968, il débute à Broadway dans South Pacific, Borstal boy et Saved, qui lui valent plusieurs récompenses.
C'est sous la houlette d'Elia Kazan dans Les Visiteurs (1972) que James Woods débute à l'écran, dans un emploi de psychopathe qui inaugure une longue série de rôles de tueur et de pervers. Employé dans des rôles secondaires (Le Flambeur, Karel Reisz, 1974 ; La Fugue, Arthur Penn, 1975 ; Bande de flics, Robert Aldrich, 1977), cet acteur au faciès osseux ne tarde pas à se faire un nom grâce au rôle principal de Tueurs de flics (1979), d'Harold Becker, nouvelle adaptation d'un roman de Joseph Wambaugh. Découvert par le public, James Woods promène son regard noir et cynique dans des rôles de voyeur (Vidéodrome, David Cronenberg, 1982), de paumé (L'Oeil du témoin, Peter Yates, 1981) ou de truand (Contre toute attente, Taylor Hackford, 1984), (Il était une fois en Amérique, Sergio Leone, 1982). Journaliste raté dans Salvador (1986), d'Oliver Stone, rôle pour lequel il est nommé aux Oscars, il se fond aussi bien dans la peau d'un flic (Cop, J.B. Harris, 1988 ; La Manière forte, John Badham, 1991). Au cours des années 1990, de nombreux cinéastes l'emploient dans des seconds rôles à forte personnalité (Casino, Martin Scorsese, 1995 ; Nixon, Oliver Stone, id.). En 1999, James Woods s'illustre dans le premier film très remarqué de Sofia Coppola, Virgin Suicides. Il prête également sa voix pour des dessins animés : Final fantasy, les créatures de l'esprit, Hironobu Sakaguchi, 2000 ; La Cour de récré : Vive les vacances, Chuck Shutz, 2000 ; Hercule, John Musker, 1997.
Parallèlement à sa carrière cinématographique, James Woods monte épisodiquement sur les planches (Fireworks Lie Secret Codes, John Guare ; Vivien, Percy Granger). Egalement demandé par la télévision, il s'illustre notamment dans Holocaust (Marvin J. Chomsky, 1978),La Promesse (Glenn Jordan, 1986), prestation qui lui vaut un Emmy Award et un Golden Globe Award.
Longs métrages 2002 | Falling in Love in Pongo Ponga | James Woods |
| 2002 | Falling in Love in Pongo Ponga | James Woods |
| 1987 | Cop | James B. Harris |
| 1998 | Another Day in Paradise | Larry Clark |
| 2002 | Northfork | Michael Polish |
| 1971 | Visitors (The) Les Visiteurs | Elia Kazan |
| 1972 | Hickey and Boggs [Requiem pour des gangsters] | Robert Culp |
| 1972 | Way We Were (The) Nos plus belles années | Sydney Pollack |
| 1973 | Gambler (The) Le Flambeur | Karel Reisz |
| 1975 | Distance | Anthony Lover |
| 1975 | Night Moves La Fugue | Arthur Penn |
| 1976 | Alex and the Gypsy Alex ou la liberté | John Korty |
| 1976 | Billion Dollar Bubble (The) | Brian Gibson |
| 1976 | Raid on Entebbe Raid sur Entebbe | Irvin Kershner |
| 1977 | Choirboys (The) Bande de flics | Robert Aldrich |
| 1979 | Onion Field (The) Tueurs de flics | Harold Becker |
| 1980 | Black Marble (The) [Flics-frac !] | Harold Becker |
| 1980 | Eye Witness L'Oeil du témoin | Peter Yates |
| 1981 | Split Image L'Envoûtement | Ted Kotcheff |
| 1981 | Videodrome Vidéodrome | David Cronenberg |
| 1982 | Fast-Walking | James B. Harris |
| 1982 | Once Upon a Time in America Il était une fois en Amérique | Sergio Leone |
| 1983 | Against All Odds Contre toute attente | Taylor Hackford |
| 1984 | Joshua Then and Now | Ted Kotcheff |
| 1985 | Cat's Eye | Lewis Teague |
| 1985 | Salvador | Oliver Stone |
| 1986 | Best Seller Pacte avec un tueur | John Flynn |
| 1987 | Cop | James B. Harris |
| 1988 | Boost (The) Etat de choc | Harold Becker |
| 1988 | True believer Coupable ressemblance | Joseph Ruben |
| 1989 | Immediate Family | Jonathan Kaplan |
| 1990 | Hard Way (The) La Manière forte | John Badham |
| 1992 | Chaplin | Richard Attenborough |
| 1992 | Midnight Sting = Diggstown La Nuit du défi | Michael Ritchie |
| 1992 | Straight Talk Franc-parler | Barnet Kellman |
| 1994 | Curse of the Starving Class | J. Michael McClary |
| 1994 | Getaway (The) Guet-apens | Roger Donaldson |
| 1994 | Specialist (The) L'Expert | Luis Llosa |
| 1995 | Casino | Martin Scorsese |
| 1995 | For Better or Worse | Jason Alexander |
| 1995 | Nixon | Oliver Stone |
| 1996 | Contact | Robert Zemeckis |
| 1996 | Ghosts from the Past | Rob Reiner |
| 1996 | Killer : A Journal of a Murder | Tim Metcalfe |
| 1997 | Hercule | Ron Clements, John Musker |
| 1997 | Kicked in the Head | Matthew Harrison |
| 1997 | Vampires = John Carpenter's Vampires Vampires | John Carpenter |
| 1998 | Another Day in Paradise | Larry Clark |
| 1998 | General's Daughter (The) Le Déshonneur d'Elisabeth Campbell | Simon West |
| 1998 | True Crime Jugé coupable | Clint Eastwood |
| 1998 | Virgin Suicides | Sofia Coppola |
| 1999 | Any Given Sunday L'Enfer du dimanche | Oliver Stone |
| 1999 | Play It to the Bone Les Adversaires | Ron Shelton |
| 2000 | Final Fantasy : The Spirits within Final Fantasy : Les créatures de l'esprit | Hironobu Sakaguchi, Motonori Sakakibara |
| 2000 | Race to Space Mon copain Mac héros des étoiles | Sean McNamara |
| 2000 | Recess La Cour de récré : Vive les vacances ! | Chuck Sheetz |
| 2000 | Scary Movie 2 | Keenen Ivory Wayans |
| 2001 | John Q. | Nick Cassavetes |
| 2001 | Riding in Cars with Boys Ecarts de conduite | Penny Marshall |
| 2001 | Stuart Little 2 | Rob Minkoff |
| 2002 | Northfork | Michael Polish |
| 2003 | This girl's life | Ash |
| 2004 | Be Cool | F. Gary Gray |
| 2004 | Easter Egg Adventure (The) | John Michael Williams |
| 2004 | Night Train | Andrzej Sekula |
| 2004 | Pretty Persuasion | Marcos Siega |
| 2004 | Surf's up Les Rois de la glisse | Ash Brannon, Chris Buck |
| 2005 | Ark | Kenny Hwang |
| 2012 | White House Down | Roland Emmerich |