James Mackenzie nacque in una famiglia di agricoltori. Frequentò l'Università di Edimburgo dove conseguì la laurea in medicina nel 1882. Per oltre venticinque anni fu medico di famiglia a Burnley, una cittadina nel Lancashire, in Inghilterra. Nonostante l'impegno gravoso e la mancanza di tempo libero, fu autore di molte ricerche originali e pubblicò numerosi lavori scientifici.
Nel 1887 sposò Frances Jackson e si recò in Italia in viaggio di nozze; dal matrimonio nacquero due figlie: Dorothy (nel 1888) e Jean (nel 1893).
Alla fine del 1907 lasciò Burnley per Londra dove aprì uno studio specialistico, e la sua reputazione crebbe rapidamente. Nel 1915 lui accolto nella Royal Society e fu nominato baronetto.
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