James Howard Woods lahir pada 18 April 1947 di Vernal, Utah, dari pasangan Martha A. (Smith) dan Gail Peyton Woods, seorang petugas intelijen Angkatan Darat AS yang meninggal saat Woods masih kecil. Ia keturunan Irlandia, Inggris, dan Jerman. Sejak kecil, Woods dibesarkan di Warwick, Rhode Island, bersama ibunya dan ayah tiri, Thomas E. Dixon.

Ia lulus dari Pilgrim High School tahun 1965 dengan prestasi akademik tinggi dan mendapatkan beasiswa ke Massachusetts Institute of Technology. Namun, Woods keluar saat tahun terakhir pada 1969 dan pindah ke New York bersama sahabatnya, Martin Donovan, untuk berkarir di dunia teater dan seni peran. Setelah tampil di beberapa produksi teater, awal karir filmnya dimulai dari All the Way Home (1971).

Peran-peran kecil berikutnya di film seperti The Way We Were dan The Choirboys membuka jalannya ke dunia perfilman. Kesempatan besar datang saat ia memerankan pembunuh polisi dalam The Onion Field (1979), yang menarik perhatian penonton akan kekuatan aktingnya.

Woods lalu membintangi film adaptasi karya Joseph Wambaugh dan film lain seperti Videodrome dan Once Upon a Time in America. Keberhasilannya semakin nyata ketika ia mendapatkan nominasi Oscar sebagai aktor terbaik untuk perannya sebagai jurnalis Richard Boyle di Salvador (1986).

Di dekade 1990-an, Woods semakin dikenal lewat peran-peran di televisi dan film, termasuk sebagai Roy Cohn di Citizen Cohn, serta perannya dalam Casino, Nixon, dan Ghosts of Mississippi. Ia juga suaranya terdengar di berbagai film animasi seperti Hercules dan Stuart Little 2.

Selain berakting dalam film dan suara, Woods tampil di film-film kritik seperti The Virgin Suicides dan Riding in Cars with Boys. Ia dikenal sebagai aktor serba bisa yang mampu memerankan berbagai karakter dengan kedalaman dan intensitas tinggi, menjadikannya salah satu aktor terkemuka di Hollywood.