Nato Aurness e di origini norvegesi, James Arness studia alla West High School di Minneapolis ed ha appena iniziato il college quando, nel 1943, gli giunge la chiamata alle armi. Stanziato in Africa, partecipa successivamente allo sbarco ad Anzio degli Alleati. Gravemente ferito alla gamba (una ferita che lo tormenterà per il resto della vita) viene congedato e, tornato a casa, viene introdotto alla recitazione dal fratello Peter (che diverrà poi universalmente noto, col cognome d'arte di Graves, come il James "Jim" Phelps di Missione Impossibile). Preparatosi alla Bliss-Hayden Theatre School, esordisce nel 1947 in La moglie celebre, con Loretta Young e Joseph Cotten. Seguiranno poi 47 anni di carriera, chiusi nel 1994 con una serie di apparizioni in alcuni film TV dedicati alla celebre serie Gunsmoke, nota in Italia anche come Storie del Vecchio West, andata in onda negli USA tra il 1955 ed il 1975 per ben 618 episodi e nella quale interpretava il protagonista, lo sceriffo Matt Dillon. Altra memorabile apparizione televisiva di Anress è quella in La Conquista del West, dove interpretava Zeb Macahan.