James Bruce naît dans une famille noble écossaise. Sa mère meurt lorsqu'il est encore très jeune et son père l'envoie à Édimbourg pour y suivre ses études. Vers 1753, il entre au service de la Compagnie britannique des Indes orientales (EIC) et se rend en Inde où il occupe différents postes administratifs.
En 1768, James Bruce quitte l'Inde pour partir en Égypte où il travaille comme diplomate. Il y restera pendant plus de vingt ans et sera un acteur important des relations égyptiennes avec les Européens. En 1773, il entreprend des recherches archéologiques dans la vallée du Nil en quête d'éléments permettant de confirmer l'existence de l'Éthiopie antique nommée Aksoum, dont on ne connaissait alors que très peu.
En 1768, James Bruce entreprend le voyage qui lui fera la célébrité : il part pour l'Abyssinie (l'actuelle Éthiopie) et tente d'y accéder en traversant le défilé de Tissisat. Cependant, il ne réussit pas à pénétrer dans ce royaume qui est clos aux Européens. Il se rend alors en Arabie pour y étudier la langue et les traditions de l'Abyssinie.
En 1770, James Bruce revient en Écosse où il décide d'effectuer un deuxième voyage en Abyssinie. Cette fois-ci, il parvient à entrer dans le royaume grâce aux relations qu'il a établi avec un prince du nom de Kasas Hawaryat qui l'accompagne lors de son voyage. En 1772, ils arrivent à Gondar, la capitale de l'Abyssinie. James Bruce y passe plus d'un an et y réalise des observations scientifiques ainsi que des travaux archéologiques. Il découvre notamment les ruines d'Aksoum et en rapporte plusieurs objets dont des inscriptions en langue gé'ez.
En 1774, James Bruce quitte l'Éthiopie pour rentrer en Europe via la mer Rouge, le golfe Persique et la Méditerranée. Il publie ensuite son livre "Travels to Discover the Source of the Nile" (Voyages pour découvrir la source du Nil) dans lequel il raconte ses expériences et ses découvertes en Éthiopie. Ce livre est un grand succès et James Bruce est reçu avec les égards dus à une célébrité scientifique.
James Bruce meurt en 1794 à son domicile de Kinnaird. Ses travaux ont contribué à la connaissance de l'Éthiopie et ont poussé les Européens à entreprendre d'autres voyages dans cette région. En particulier, le voyage de James Bruce a inspiré celui de l'explorateur français René Caillié qui sera le premier européen à traverser l'Afrique du Nord à pied en 1829-1837.