Après sa formation à l'école primaire il travaille à 13 ans dans la ferme de son père. A 17 ans il fut placé en apprentissage chez un mercier. L'appel de la mer était très fort. Il fût engagé comme apprenti de la marine marchande. A 20 ans il se vit proposer le commandement du Friendship,mais préféra s'engager dans la marine Royale.
Cook a épousé Elisabeth Batts (née en 1741) en 1762. Ils ont eu six enfants dont seul l'aîné est parvenu à l'âge adulte, mort à 31 ans sans descendance. James (« Jamie ») (né en 1763 - mort noyé en 1794) Joseph (né en 1768 - mort en 1768) Elisabeth (« Elly ») (née en 1767 - morte en 1771) George (né en 1772, pendant le premier voyage - 1772) Nathaniel (« Nat ») (née en 1764 - mort en 1780 dans un ouragan) Hugh (« Benny ») (né en 1776 - mort en 1793 alors qu'il étudiait à Londres)
James Cook est issu d'une famille relativement modeste, fils de James Cook, valet de ferme d'origine écossaise et de Grace, anglaise. Il est né le 27 octobre 1728,à Marton dans le North Yorkshire, ville aujourd'hui rattachée à Middlesbrough. Il fut baptisé à l'église locale de St Cuthberts Marton, où son nom figure au registre des baptêmes. La famille, comptant alors cinq enfants (les époux Cook en auront neuf), s'établit ensuite à la ferme Airey Holme à Great Ayton . L'employeur de son père finança sa formation à l'école primaire. À l'âge de 13 ans, il commença à travailler avec son père dans la gestion de la ferme.
En 1745, alors âgé de 17 ans, Cook fut placé en apprentissage chez un mercier de Staithes, village de pêcheurs. Selon la légende, Cook sentit pour la
première fois l'appel de la mer en regardant par la fenêtre du magasin. Au bout d'un an et demi, William Sanderson, le propriétaire de l'entreprise,
décréta que Cook n'était pas fait pour le commerce et le conduisit au port de Whitby où il le présenta à John et Henry Walker, quakers faisant commerce
du charbon et propriétaires de plusieurs navires. Cook fut engagé comme apprenti de la marine marchande sur leur flotte. Il passa les années suivantes à
faire du cabotage entre la Tyne et Londres. Parallèlement, il étudia l'algèbre, la trigonométrie, la navigation et l'astronomie.
Une fois ses trois ans d'apprentissage terminés, Cook travailla sur des navires de commerce en mer Baltique. Il monta rapidement en grade et, en 1755, se vit proposer le commandement du Friendship. Il préféra cependant s'engager dans la Marine royale. La Grande-Bretagne se préparait alors à la future guerre de Sept Ans et Cook pensait que sa carrière avancerait plus vite dans la marine militaire. Cela impliquait toutefois de recommencer au bas de la hiérarchie et c'est comme simple marin qu'il s'engagea à bord du HMS Eagle, sous le commandement du Capitaine Hugh Palliser (en). Il fut rapidement promu au grade de Master's Mate.
En 1757, après deux ans passés au sein de la Navy, il réussit son examen de maîtrise lui permettant de commander un navire de la flotte royale. Au cours de la guerre de Sept Ans, James Cook participa au siège de la ville de Québec avant la bataille des Plaines d'Abraham en 1759.