Откако мајка му починала од рак во 1940 година, тој се преселил на фармата на неговите роднини во Фермаунт, Индијана. За време на средношколските денови, Дин се истакна во спортот, драмата и јавното  говорење.

По завршувањето на средното училиште, се вратил во Калифорнија и запишал на правни студии на колеџот Санта Моника, но набргу се префрлил на драмските студии на „UCLA“. Во 1951 година, тој се преселил во Њујорк за да ги усоврши своите актерски способности во престижното „Actors Studio“ под раководство на Ли Стразберг.

Во текот на овој период, Дин се појави во неколку телевизиски емисии и театарски претстави, стекнувајќи репутација на талентиран млад актер.

Пробивот на Дин на големото платно се случи во 1955 година во филмот „East of Eden“, каде го толкуваше сложениот лик Кал Траск.

Истата година, тој се појави и во култниот филм „Rebel Without a Cause“ (Бунтовник без причина), каде што го толкуваше Џим Старк, симболизирајќи ја немирната и бунтовничка младина од тоа време. Неговата последна улога беше во филмот „Giant“ од 1956 година, каде го толкуваше Џет Ринк, амбициозниот ранчер од Тексас.

Трагична смрт

На 30 септември 1955 година, додека го возел своето Порше 550 Спајдер со прекар „малото копиле“ кон Салинас, Калифорнија, Дин доживеал тешка сообраќајна несреќа. Во судир со Форд Тудор, управуван од студентот Доналд Турнупсид, Дин се здобил со фатални повреди и починал на само 24-годишна возраст.

Тој е единствениот актер кој беше постхумно номиниран за Оскар и тоа два пати. На крајот од 20 век, Џејмс беше прогласен за една од 20-те највлијателни филмски ѕвезди на Златното доба на Холивуд.