1981年，执导首部电影《食人鱼2:繁殖》。1984年，因自编自导科幻电影《终结者》成名。1986年，自编自导电影《异形2》。1991年，凭借电影《终结者2》获得第18届土星奖最佳导演奖以及最佳编剧奖。1994年，执导电影《真实的谎言》。1997年，他执导的电影《泰坦尼克号》取得了18.4亿美元的票房，打破全球影史票房纪录 ；该片在第70届奥斯卡金像奖上获得了包括最佳影片在内的11个奖项，詹姆斯·卡梅隆凭借该片获得了奥斯卡奖最佳导演奖 。
2005年，他被英国杂志《Empire》评为“世界最伟大的20位导演之一”。 2009年12月，他执导的科幻电影《阿凡达》上映，该片全球总票房超过27亿美元，再次打破了由他自己保持的全球影史票房纪录 。2010年，入选《时代周刊》评出的“全球最具影响力人物”； [6] 同年他获得美国视觉效果工会奖终身成就奖。 2011年，获得美国制片人工会奖里程碑奖
《阿凡达》是一部由詹姆斯·卡梅隆执导，二十世纪福克斯出品，萨姆·沃辛顿、佐伊·索尔达娜和西格妮·韦弗等人主演的科幻电影，该片于2009年12月16日以2D、3D和IMAX-3D三种制式在北美上映。该片主要讲述人类穿上阿凡达的躯壳，飞到遥远的星球潘多拉开采资源。受伤后以轮椅代步的前海军杰克，自愿接受实验并以他的阿凡达来到潘多拉。在结识了当地纳美族人公主涅提妮之后，杰克在一场人类与潘多拉军民的战争中陷入两难。
本片采用3D技术拍摄，共耗资5亿美元制作发行，是电影史上最为昂贵的作品。本片荣获第82届奥斯卡最佳摄影、最佳视觉效果、最佳艺术指导等3项大奖。
詹姆斯.卡梅隆执导的《阿凡达》无疑是全球最受欢迎的一部电影，冒险、奇幻为主题的《阿凡达》自2010年在中国上映以来，就获得了很好的反响，观众们看完以后还流连忘返，一直很期待能有第二部。
《阿凡达2》公布了首张拍摄现场的皂片，小演员们聚集在潘多拉星的树下，他们饰演的将是第一部《阿凡达》中萨姆沃辛顿的“后代”！而这对于卡梅隆的粉丝们来说，无疑是重大利好！不过更加令人震惊的，还是《阿凡达2》所采用的最新技术。据悉，这部电影将采用120帧+激光全息+裸眼3D等多项技术进行拍摄。待到影片上映的2020年12月18日，又将引领好莱坞电影的一场革命
