Né à Detroit, James Wagner obtiendra son premier grand rôle avec
Prince Vaillant (1954), dans lequel il tient le rôle-titre. En 1956, il fait la rencontre de l'actrice Natalie Wood, qu'il épousera par deux fois. Durant cette période, il continue à tourner dans des films plus petits comme
Baiser Mortel. Il est alors considéré comme une star montante de la Fox. En 1962, il débarque en Normandie dans
Le Jour Le Plus Long. Ila également fait partie du casting de
La Panthere Rose et de sa suite,
L'Héritier De La Panthère Rose sous la direction de Blake Edwards.
Depuis, il a notamment été le numéro 2 de
Austin Powers (1997) et de ses deux suites. Il continue également d'apparaître à la télévision.