James M. Barrie wurde in Kirriemuir, Angus, Schottland als neuntes Kind und dritter Sohn von David und Margaret Barrie (geborene Ogilvy) geboren. Sein Vater war ein Weber. Seine Mutter ermutigte ihn, sich durch Lesen zu bilden. Barrie besuchte die Dumfries Academy. Sein Studium an der Universität Edinburgh schloss er 1882 als Master of Arts ab. Er arbeitete dann als Journalist für das Nottingham Journal, bis er 1885 nach London zog. 1894 heiratete er die Schauspielerin Mary Ansell; die Ehe endete 1909 kinderlos in einer Scheidung., Im Jahre 1913 wurde Barrie der erbliche Adelstitel Baronet, of Adelphi Terrace in the City of Westminster, verliehen. Er starb 1937 und wurde in Kirriemuir beigesetzt. Dort ruhen auch seine Eltern, seine Schwester sowie sein mit 13 Jahren verstorbener Bruder David. Da er keine Kinder hinterließ, erlosch sein Adelstitel bei seinem Tod. 1929 wurde er als auswärtiges Ehrenmitglied in die American Academy of Arts and Letters gewählt.

Barries erste zwei Romane spielen in Thrums, lassen den Ort aber als seinen Geburtsort Kirriemuir erkennen., Danach schrieb er für das Theater, unter anderem Quality Street, What Every Woman Knows und The Admirable Crichton. Berühmt wurde er 1904 durch Peter Pan. Diese Figur wurde durch die Kinder George, Jack, Peter, Michael und Nico seiner Bekannten Sylvia Llewelyn-Davies inspiriert. Nach dem Tod der Mutter im Jahre 1910 kümmerte sich Barrie um die fünf Jungen und zog sie groß.Als Kinderfreund vermachte Barrie alle Rechte an den Büchern, Filmen und Theaterstücken von Peter Pan dem Great Ormond Street Hospital, einem Londoner Kinderkrankenhaus., 1988 erließ das britische Parlament ein Gesetz (Section 301, Copyright, Designs and Patents Act 1988), nach dem die Urheberrechte des Krankenhauses an Peter Pan in Großbritannien – anders als im allgemeinen Urheberrecht (Regelschutzfrist) – nicht durch Zeitablauf verfallen.

Die Vermutung, Barrie hätte pädophile Neigungen gehabt, wurde immer wieder neu angestellt, doch konnte sie nie nachgewiesen werden. Zuletzt tauchte sie noch 2000 in der englischen Presse auf.

Barries Geburtshaus, 4 Brechin Road, wurde vom National Trust for Scotland als Museum eingerichtet.,

Im Oktober 2004 kam der Film Finding Neverland in die Kinos, der das Leben Barries (dargestellt von Johnny Depp) und die Entstehung seiner Fantasiewelt um Peter Pan porträtiert. Allerdings versteht sich der Film nicht als rein biographisch und veränderte viele Fakten. Die deutsche Fassung des Films startete unter dem Titel Wenn Träume fliegen lernen im Februar 2005.