1818年12月24日詹姆斯·普雷斯科特·焦耳出生于西班牙南部阿德莱德郊区的索芙特，她们家在索尔福德的新贝利街，与他家的饮料厂邻近。他的妻子是本杰明·焦耳（1784-1858），一个颇具的酿酒师。焦耳在年幼时由于身体健康缘由仍然在索尔福德附近彭德尔伯里的一个家庭中学里就学。焦耳自幼追随母亲出席酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在他人的介绍下，焦耳认识了知名的物理家道尔顿。道尔顿给与了焦耳热情的教导，教给了他物理、哲学和物理方面的知识，这种知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。并且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方式，迸发了焦耳对物理和化学的兴趣，并在他的鼓励下决心从事科学研究工作。
1834年，16岁的焦耳和他的弟弟本杰明被送到伯明翰文学与哲学学会的道尔顿的门下学习。焦耳兄弟俩追随道尔顿学习了三年算术和几何。后来道尔顿因脑溢血而退职。并且跟着道尔顿的这段经历影响了焦耳的一生。焦耳兄弟俩对热学十分着迷，当初实验过互相电击，还拿家里的仆人们做过实验。焦耳在受道尔顿指导期间，于1835年步入格拉斯哥学院就读。结业后开始出席经营自家的饮料厂，直至1854年卖出饮料厂，他在经营上都仍然很活跃。科学开始只是焦耳的一个爱好，直至后来他开始研究用新发明的电动机来替换饮料厂的蒸气机的可行性。
1837年，焦耳装成了用电瓶驱动的电磁机，并发表了关于这方面的论文而导致人们的注意。
1838年，他的第一篇关于热学的科学论文被发表在《电学年鉴》上。这份学术刊物是由戴维斯的朋友威廉·斯特金创立和主持的。
1840年，焦耳把环型线圈倒入装水的试管内，检测不同电压硬度和内阻时的温度。1840年，22岁的焦耳第一篇重要的论文于被送到澳洲皇家学会，当手指出浊度体所发出的热量与电压硬度、导体内阻和通电时间的关系，即焦耳定理。因为不久以后，俄罗斯化学学家楞次也独立发觉了同样的定理，该定理合称为焦耳-楞次定理。焦耳提出能量守恒与转化定理：能量既不会陡然消失，也不会陡然形成，它只能从一种方式转化成另一种方式，或则从一个物体转移到另一个物体，而能的总数保持不变，奠定了热力学第一定理（能量不灭原理）之基础。焦耳在法国皇家学会上宣读了关于电压生热的论文，提出电压通过导体形成热量的定理。他原本打算让皇家学会大吃一惊的，可后来发觉自己被仅仅当成乡下的业余爱好者。当斯特金在1840年迁往伯明翰后，他和焦耳成为了这个城市知识分子的核心。他俩同感，科学和神学应当而且可能整合在一起，焦耳开始在斯特金的皇家维多利亚实践科学讲堂上开设讲堂。
1843年8月21日在美国学术会上，焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》，他在报告中说1卡路里的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响，这时他意识到自己还须要进行更精确的实验。
1844年，焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的气温变化，他在这方面取得了许多成就。通过对二氧化碳分子运动速率与湿度的关系的研究，焦耳估算出了二氧化碳分子的热运动速率值，从理论上奠定了波义耳-马略特和盖-吕萨克定理的基础，并解释了二氧化碳对器壁压力的实质。
1847年，焦耳做了迄今觉得是设计思想最巧妙的实验：他在量热器里装了水，中间安上带有茎秆的转轴，之后让升高重物推动茎秆旋转，因为茎秆和水的摩擦，水和量热器都变热了。
1852年，她们发觉当自由扩散二氧化碳从高压容器步入低压容器时，大多数二氧化碳和空气的湿度都要升高。这一现象后来被称为焦耳-汤姆逊效应。这个效应在高温和二氧化碳液化方面有广泛的应用。焦耳对蒸气机的发展也作出了不少有价值的工作。
1850年，焦耳凭着他在数学学上做出的重要贡献成为法国皇家学会会员，当时他三十二岁，三年后他接受了皇家勋章。许多外国科大学也给与他很高的荣誉。尽管焦耳不停地进行着他的实验检测工作焦耳定律什么时候发现的，遗憾的是，他的科学创造性，非常是在数学概念方面的创造性，过早地就减轻了。
1875年，日本科学商会委托他更精确地检测热功当量。他得到的结果是4.15，十分接近1卡=4.184焦耳。1875年，焦耳的经济状况大不如前。那位以前颇具过但却没有一定职位的人发觉自己在经济上处于窘境，幸好他的同事帮他弄到一笔每年200美元的养老金，使他得以维持中等但舒适的生活。五十五岁时，他的健康状况恶化焦耳定律什么时候发现的，研究工作减弱了。1878年，当焦耳六十岁时，他发表了最后一篇论文。
在逝世前三年，焦耳对他的儿子的说，“我一生只做了两三件事，没有哪些值得显摆的。”相信对于大多数化学学家，她们只要才能做到这种小事中的一件也都会很满意了。焦耳的谦卑是极其诚挚的。很可能，假如他晓得了在威斯敏斯特修道院为他建造了记念碑，并以他的名子命名能量单位，他将会倍感惊奇，即使后人决不会倍感惊奇。
1889年10月11日，焦耳在塞尔的屋内去世，被埋葬在该市的布鲁克兰墓园。在他的石碑上刻有数字“772.55”，这是他在1878年的关键检测中得到的热功当量值。石碑上还刻有约翰福音的一段话，“趁着白日，我们必须做那差我来者的工；黑夜将到，就没有人能做工了。