Né à Cove Gap (Pennsylvanie), Buchanan commença sa carrière politique locale, avant de représenter le Pennsylvanie à la Chambre des Représentants des États-Unis (1834 - 1841) puis au Sénat des États-Unis (1845 - 1849). Il fut également ministre plénipotentiaire de la République de Texas et ambassadeur à la Cour de Russie.
En 1849, Buchanan fut nommé secrétaire d'État par le président James Polk. Il assura cette fonction jusqu'en 1853, jouant un rôle majeur dans les négociations qui aboutirent à la vente de l'Oregon aux États-Unis et au traité de Guadeloupe Hidalgo qui acheva la guerre américano-mexicaine.
En 1856, Buchanan se présenta à l'investiture démocrate et s'imposa face à plusieurs adversaires comme Franklin Pierce et Stephen Douglas. Son discours d'acceptation de l'investiture, donné à Baltimore (Maryland), est considéré par certains historiens comme le plus long de la campagne électorale présidentielle américaine.
Élu en 1856 avec un certain nombre de vice-présidents, Buchanan assuma ses fonctions au palais blanc en 1857. Sa présidence fut marquée par la crise esclavagiste qui menaça la réunion du pays. En dépit d'une position personnelle contre l'esclavage, il fit preuve d'inactivité vis-à -vis des émeutes de John Brown à Harper's Ferry (Virginie occidentale) et de l'agitation secrète qui menaça la sécession du Sud. La crise culmina avec le départ, progressive puis brutal, de plusieurs États esclavagistes du territoire américain, aboutissant à la guerre civile.
Après avoir quitté la Maison-Blanche en 1861, Buchanan se retira dans sa propriété du Lancaster County (Pennsylvanie) où il mourut le 1er juin 1868. Il est inhumé au cimetière de Woodward Hill à Lancaster.
Buchanan reste une figure controversée dans l'histoire des États-Unis. Ses partisans considèrent qu'il a été un président modéré qui n'a pas pu éviter la guerre civile, tandis que ses détracteurs affirment qu'il était trop favorable à l'esclavage et n'a pas fait assez pour préserver la paix.