1989年，卡梅隆自编自导了第三部电影《深渊》。这部科幻影片和詹姆斯·卡梅隆其它同类的作品有些不同，虽然其中穿插了很多打斗和关于海底神秘生物的描述，但它重点还是用一种比较慢的节奏，在一个科幻的背景下讲述了一个关于夫妻感情的故事。有部分观众认为这部影片的节奏过慢，这部影片在票房上也遭到了失败。
1991年，他执导电影《终结者2》，在美国上映后取得了5.2亿美元的票房。
1992年，这部电影在第64届项奥斯卡奖颁奖礼上获得了最佳视觉效果、最佳音响、最佳化妆、最佳音效剪辑四项奖项，凭借该片获得了第18届土星奖最佳导演奖以及最佳编剧奖。
1993年，詹姆斯·卡梅隆成立了自己的特技制作公司“数字领域“。
1994年，由“数字领域”制作特技的第一部影片《真实的谎言》上映，该片由詹姆斯·卡梅隆执导，阿诺德·施瓦辛格等人主演。《真实的谎言》体现了卡梅隆的一种沙文主义思想，他在片中把亚利安人描绘成英雄，而把非亚利安人描绘成恐怖分子。这部电影在美国的票房有1亿4千6百万美元，在国际市场上的票房达到2亿8千万美元。
1997年，执导电影《泰坦尼克号》，该片制作成本达到2亿美元，由莱昂纳多·迪卡普里奥、凯特·温斯莱特等主演。在电影拍摄过程中，詹姆斯·卡梅隆对演员和职员很严格，投资方的冷言冷语，演员及手下对他古怪脾气的埋怨和对抗再加上拍摄过程中遇到的困难，这一切使得卡梅隆几乎到了崩溃的边缘，但他仍然坚持着。《泰坦尼克号》上映后，在美国的票房达到了4亿7千万美元；全球票房超过18亿美元，打破影史票房纪录，成为1997年至2010年间票房最高的电影。
1998年，在第70届奥斯卡金像奖上这部影片获得了14个奥斯卡奖的提名并获得了其中的11个奖项，平了《宾虚》的获奖数量纪录。
2002年，与Discovery频道合作推出了纪录片《重返俾斯麦战舰》。
2005年，宣布开拍电影《阿凡达》，这是一部真人表演结合电脑CG动画的科幻片。该片成本达3亿美元，打破了电影制作成本的纪录。
2009年8月，在3D片《阿凡达》的制作过程中，詹姆斯·卡梅隆受到启发，决定用这一科技手段重新制作1997年上映的影片《泰坦尼克号》。12月18日，詹姆斯·卡梅隆执导的电影《阿凡达》正式上映。该片在北美地区上映47天，总票房达6亿110万美元，打破了之前《泰坦尼克号》保持的6亿10万的票房纪录。截止2010年9月，《阿凡达》全球票房累计超过27亿，打破了全球影史票房纪录。
2012年，正值泰坦尼克沉船100周年纪念，由詹姆斯·卡梅隆执导的电影《泰坦尼克号》以3D形式再次亮相大银幕。
2014年4月，詹姆斯·卡梅隆表示，《阿凡达》的续集系列《阿凡达2》、《阿凡达3》、《阿凡达4》都已经进入前期筹备阶段。
2018年4月30日，参演的纪录片《詹姆斯·卡梅隆的科幻故事》在美国播出。
2019年2月14日，担任编剧、制作人的电影《阿丽塔：战斗天使》在美国上映。11月1日，担任制作人的电影《终结者6》在美国上映。
2021年4月16日，担任监制的电影《六人：泰坦尼克上的中国幸存者》上映。
2024年12月20日，执导的电影《阿凡达3》定档在北美上映。
2022年9月11日，其执导的电影《阿凡达4：祖古骑士》正式开拍。
童年
1954年8月16日，詹姆斯·卡梅隆出生在加拿大安大略省的一个中产阶级家庭，他的父亲是一个电气工程师，母亲是一个艺术家，这似乎注定他一生下来就会具有工程和艺术两方面的才华。他曾经和小伙伴们一起制造过一个足以在地面上留下弹坑的抛石机，以及用一个自制的潜水艇把一只老鼠送到了尼亚加拉河底。在艺术方面，他曾和母亲学习过多年的绘画，并且曾在家乡举办过画展，并且很小就开始写科幻小说，他12岁时所写的一部科幻小说可以说是他的科幻影片《深渊》故事的原型。在他14岁的时候，他看到了著名导演斯坦利·库布里克的《2001太空漫游》。当时詹姆斯·卡梅隆被惊呆了，从此在他心灵中萌发了制作电影的愿望。他开始用父亲的8毫米摄影机拍摄一些简陋的影片。
青春年华
中学毕业以后，詹姆斯·卡梅隆被加利福尼亚州立大学(CaliforniaStateUniversity）的物理系录取，他很快就对大学的课程感到厌倦和失望，便逃出校园去闯荡社会。他当过机械修理工，给别人开过卡车。1977年，詹姆斯·卡梅隆看到了科幻电影大师乔治·卢卡斯的经典科幻影片《星球大战》，他激动地意识到这就是他想要创造的东西。这使得詹姆斯·卡梅隆确立了自己的人生方向并开始为此忙碌起来，从未接受过专业训练的他开始到处寻找机会成为电影人，熟悉从镜头到摄影机导轨的各种电影制作器材，甚至和朋友制定了人生第一个拍摄计划，想要利用手头的设备和自制的模型制作一部10分钟的科幻影片！
初入好莱坞
终于，他的才华得到了好莱坞制片人罗杰·卡曼的赏识，从罗杰·卡曼那里他得到了人生第一份电影方面的工作——为卡曼工作室1980年的影片《星空大战》制作特技模型，第二年他就升职为这个工作室的另一部影片《恐怖星系》的第二小组导演和电影制作设计师。在以后的电影创作中，詹姆斯·卡梅隆始终都把电影特技制作放在最重要的位置，而且还经常亲自参与设计和实施特技的制作。在詹姆斯·卡梅隆的电影里，耀眼的特技制作总是创造出令人目瞪口呆的视觉效果。但这并不是说，特技就是詹姆斯·卡梅隆电影的全部。詹姆斯·卡梅隆不但是个优秀的特技工程人员，更具有丰富的想象力，以及一些别的东西。
首部影片
终结者诞生
1986年，詹姆斯·卡梅隆自编自导的第二部作品《异形2》问世。这部影片是著名大导演瑞德利·斯科特的科幻经典巨作《异形》的续集。詹姆斯·卡梅隆编导的这部影片的续集明智地避免了重复原片的风格，而是把人和异形的战场从单个的太空船搬到了一个太空基地，以一种动作片的风格重新演绎了发生在太空的恐怖故事。此片的视觉效果也堪称一流，其美工设计给人一种卡梅隆影片所一贯具有的，纯粹的机械审美快感，而其特技制作也堪称达到了电脑生成影像参与电影制作之前的高峰。《异形2》也因此获得了奥斯卡最佳音响剪辑和最佳视觉效果奖。詹姆斯·卡梅隆的导演实力也再次得到了肯定。
1989年，詹姆斯·卡梅隆自编自导的第三部重量级作品《深渊》问世。这部科幻影片和卡梅隆的其它同类作品有些不同，虽然其中穿插了很多惊险的打斗和关于海底神秘生物的描述，但它重点还是用一种比较慢的节奏，在一个科幻的背景下讲述了一个关于夫妻感情的故事。很多观众认为这部影片的节奏过慢，使人昏昏欲睡，这使得这部影片的票房遭到失败。在撰写《深渊》的剧本时，卡麦隆正在经历和第二任妻子——电影制作人高尔·安妮·赫德的感情危机，自然地把自己的经历带入了创作之中，把男女主人公的感情纠葛写得很深入。
成立特技制作公司
在《终结者2》之后，詹姆斯·卡梅隆于1993年成立了自己的特技制作公司“数字领域”。1994年由“数字领域”制作特效的第一部影片《真实的谎言》出炉。这部影片试图把间谍惊险片和喜剧情节有机地结合起来，成功地发掘出了当时正处于低谷中的动作明星施瓦辛格，但它给人留下最深印象的还是结尾那一架“海鹞”式垂直起落战斗机。它在海天一色的背景下发射“小牛”导弹打中跨海大桥的华丽场面；而后来的机翼上的搏杀又呈现出繁复和夸张的卡通风格。作为导演，詹姆斯·卡梅隆能够选中这种独特的武器扮演片中“重要角色”，又一次证明了他对机器美的特殊爱好和感悟力。另一方面，和多数影片把特工人员描绘成冷酷无情的杀人机器相反，《真实的谎言》把他们描绘成传统意义上的普通人，再一次体现了卡梅隆的乐观主义精神。
来华投资3D电影
泰坦尼克号
1997年，詹姆斯·卡梅隆拍摄了著名的《泰坦尼克号》。一心追求自己心目中完美目标的他，在《泰坦尼克号》中得到了最高的体现，詹姆斯·卡梅隆亲自操办了几乎每一件事。在拍摄过程中，詹姆斯·卡梅隆对演员和职员也非常的严格。投资方的冷言冷语、演员及手下对他古怪脾气的埋怨和对抗、酷寒的海水，再加上拍摄过程中遇到的难以想象的困难，这一切使卡梅隆几乎到了崩溃的边缘，但他仍然坚持着，并且喊出了近乎悲壮的豪言：“‘泰坦尼克号可沉，《泰坦尼克号》不可沉！”
这一切的努力终究没有白费。在《泰坦尼克号》推出3个月后，全美票房收入高达4亿7千万美元，而国际票房更是超过了18亿，使这部影片成为了最卖座的影片之一。这部影片更是获得了14个奥斯卡奖的提名并获得了其中的11个，平了《宾虚》的纪录。詹姆斯·卡梅隆也因此获得了第70届奥斯卡最佳导演奖。
然而辉煌之后，詹姆斯·卡梅隆却出人意料地“销声匿迹”了，《泰坦尼克号》之后，他一直没有拿出什么特别出彩的作品。直到2005年，他才正式开始宣布开拍他的新片———《阿凡达》，这是一部真人表演结合电脑CG动画的科幻片。在接受美国《时代》杂志专访时，这位好莱坞最会“烧钱”的大导演自己也承认，此片在票房上肯定很难超越《泰坦尼克号》，但是他又补充了一句：“没人能超越《泰坦尼克号》。”
画面特效炫丽的《阿凡达》
泰坦尼克号3D
1997年影片《泰坦尼克号》以3D形式再次亮相大银幕。导演詹姆斯-卡梅隆(JamesCameron)透露了制作计划和五大看点。在3D新片《阿凡达》(Avatar)的制作过程中，詹姆斯-卡梅隆受到启发，决定用这一高科技手段重新制作当年由凯特-温斯莱特(KateWinslet)和莱昂纳多-迪卡普里奥(LeonardoDiCaprio)主演，颇受赞誉的影片《泰坦尼克号》。整个制作过程用时约一年至十四个月，于2012年4月10日登陆中国电影院。
制作人
1978年～1984年——莎朗·威廉斯（SharonWilliams)
1980年，卡梅隆进入罗杰·考曼公司为小成本影片制作模型。不久，他便得到了挂名执导《食人鱼2》的机会。这段时期里，卡梅隆非常不爽。一来他是片场杂役，二来自己雄心勃勃执导的片子被改得面目全非。失意的卡梅隆在意大利拍片期间做了一个被未来杀手回来把自己杀死的梦。卡梅隆后来把这个梦写成了剧本，取名《终结者》。
在罗杰·考曼公司工作时，卡梅隆结识了吉尔·安妮·赫德。后来赫德成立了制片公司，并答应由卡梅隆亲自执导《终结者》。1984年，《终结者》大卖，但此时卡梅隆的心思已经不在妻子莎朗身上了。卡梅隆与在事业起步时跟他同甘共苦的发妻离了婚。
第二任妻子
1985年～1989年——吉尔·安妮·赫德（GaleAnneHurd)
写完《终结者》的剧本后，卡梅隆开始寻找制片公司兜售剧本。就现实而言，卡梅隆太过异想天开了。根本不会有人启用一个新手去执导这样一部科幻片。可上帝就是喜欢开玩笑，一家叫海姆蒂尔（HemdalePictures）的制片公司愿意让卡梅隆亲自执导这部电影。更加不可思议的是，卡梅隆的老相识，美艳的吉尔·安妮·赫德刚刚成立了自己的西太平洋制作公司（PacificWesternProductions），并允诺以一美元的价格购买卡梅隆的《终结者》剧本，同时给予卡梅隆导演权。
《终结者》拍片期间，制片人吉尔给了这个大龄新手极大的信任与关怀。《终结者》大获成功，全球票房高达7,800万美元。这部制作成本650万美元，连音轨都是可怜的单声道的小成本科幻片缔造了又一个影史奇迹。制片人吉尔为卡梅隆的才华倾倒，并立即投入了他的怀抱。《终结者》后，吉尔与卡梅隆又合作了《异形2》和《深渊》两部电影。
身为制片人，吉尔要时刻考虑预算。但很多时候制片人跟导演是对立的。这种工作上的合作关系影响了吉尔跟卡梅隆的感情。《深渊》上映前，两人宣布离了婚。
吉尔是个头脑清醒的职业电影人。两年后，她又邀请卡梅隆再度出山，拍摄了《终结者2》，并看在往日的情份，给予了卡梅隆相当大的预算支持。
第三任妻子
1989年～1991年——凯瑟琳·毕格罗（KathrynBigelow)
凯瑟琳·毕格罗是个样貌迷人且才华横溢的电影导演，对黑暗惊悚题材影片很感兴趣。跟卡梅隆交往不久，两人便结了婚。
1991年，凯瑟琳执导、卡梅隆制片的《惊爆点》。影片十分成功，但两人的感情却因合作期间观点和想法的不同产生了摩擦出现裂痕。这段婚姻仅仅维持了两年便草草收场。
1995年，凯瑟琳执导了科幻影片《末世纪暴潮》，这部电影有着《银翼杀手》的味道。
2010年，凯瑟琳·毕格罗的《拆弹部队》在第82届奥斯卡上荣获包括最佳导演、最佳影片等奖项在内的6项殊荣，完全击败了卡梅隆的《阿凡达》。
第四任妻子
1997年～1999年——琳达·汉密尔顿（LindaHamilton)
琳达跟卡梅隆的合作始于1984年。卡梅隆凭借《终结者》一片捧红了这个藉藉无名的女演员。跟卡梅隆合作时，她已经跟男演员布鲁斯·艾伯特结了婚。1989年，琳达生下了儿子。一年以后，她便为出演《终结者2》疯狂锻炼身体。影片中没人看得出她是个刚过哺乳期不久的母亲，她全身有着棱角分明的肌肉。琳达生下儿子后不久便跟丈夫离了婚。对卡梅隆的欣赏让她跟这位导演走得很近。可此时卡梅隆已经对婚姻感到了厌倦。
1993年2月，琳达为卡梅隆生下了女儿约瑟芬。1997年7月，经过漫长的婚姻长跑，两人终于结了婚。可不幸的是，琳达发现卡梅隆是个花心魔鬼，尽管才华横溢，但这段婚姻仅仅维持了18个月，于1999年结束。根据婚前协议，卡梅隆向琳达支付了5,000万美元。尽管二人此前相识多年，并在婚前有了孩子，但还是过不到一起去。琳达从卡梅隆那拿到了5,000万美元分手费。琳达分的5000万美元的赡养费恰好是卡梅隆拍摄《泰坦尼克号》收入的一半。
琳达对媒体表示，“结婚第一晚，我就意识到这场婚姻是个错误……卡梅隆是一个脾气刁钻古怪的导演。我们都是他的道具，没有自主权。”她说自己不得不陪他去沙漠里探险，到艰险的地方拍戏———他对正常点的生活没兴趣。
琳达·汉密尔顿对记者说，卡梅隆在片场掌控机器时是非常认真的，但这种认真很少带到家里来。生活中卡梅隆有着工程技术人员的专横固执和敏感，但没有他们稳定和可靠的优点，而且他非常易怒。另一方面，作为技术天才的卡梅隆整日生活在自己的世界里，外人很难理解他的想法，这也是他和每一任妻子都不能保持长久关系的根本原因。汉密尔顿说，早在14年前她就看过《阿凡达》的剧本：“或许我该说‘哦，那很不错，亲爱的。’”
1998年《泰坦尼克号》获得11项奥斯卡奖，庆功宴上有记者问琳达，巨大的成功会不会改变她对丈夫的看法，她的回答是“他永远是个怪人，所以这个问题我没法回答。”
第五任妻子
2000年至今——苏西·埃米斯（SuzyAmis)
《泰坦尼克号》成绩
海外票房：$1,242,413,080（影史第二）
2022年12月13日，詹姆斯·卡梅隆感染新冠。
跟他合作过《泰坦尼克号》的凯特·温斯莱特曾坦言，如果没有一大笔片酬，那么她将不打算再跟卡梅隆合作。她承认卡梅隆是个怪人，脾气太差了。有人甚至描述说，“跟卡梅隆一起工作简直是场噩梦。”这样的人际关系让很多人跟卡梅隆有过短暂合作后避之不及。但同时，也有许多人为卡梅隆的电影特技才华倾倒。一些演职人员与卡梅隆合作多年，成为卡梅隆的固定合作伙伴。另有一些女人爱上了卡梅隆，但她们跟卡梅隆的婚姻都算不上长久，她们喜爱他的才华，却又无法和古怪脾气的他相处……
总之，詹姆斯·卡梅隆是美国电影史上不可或缺的闪亮之星，并推动着电影技术的发展。