Ватт родился в Гриноке, недалеко от Глазго в устье Клайда. У него было плохое здоровье, которое не позволяло ему регулярно посещать школу. Он много времени проводил в мастерской отца, где учился конструировать и делать модели. Он выучился на мастера по изготовлению инструментов и получил работу в Университете Глазго.

В 1767 году он ремонтировал паровой двигатель Ньюкомена и придумал как можно улучшить эффективность этой машины. Но было воскресенье, а в те времена религиозные каноны были очень сильны, а они запрещали работать в воскресенье. Поэтому Джеймс вынужден был дождаться следующего дня чтобы сесть и все записать. Его идея заключалась в том, чтобы отделить охлаждающее устройство от цилиндра и поместить цилиндр в паровою рубашку. Хотя он и запатентовал свое изобретение, но не мог начать производства таких двигателей. Поэтому он продал свой патент предпринимателю из Бирмингема Мэтью Боултону и стал его партнером по бизнесу.

До самой смерти Ватт продолжал изобретать и конструировать. Он создал паровоз, устройство для копирование документов, помогал проекту Каледонийского и Форф-Клайд каналов, придумал как углубить обе реки. От его имени произошло название единицы энергии в физике - Ватт. Он ввел в механику термин "лошадиная сила". Но именно усовершенствование парового двигателя, которое стало трамплином для индустриальной революции, принесло ему наибольшую известность.