JAMES GRAY hizo su debut directoral en 1994 a la edad de 25 años con Cuestión de sangre, película ampliamente aclamada.
En el año 2000, Gray escribió y dirigió La otra cara del crimen, su segundo largometraje y el primero con Joaquin Phoenix, quien se convertiría en un colaborador habitual, y luego protagonizaría sus tres próximas películas. El reparto lo completó Mark Wahlberg, Charlize Theron, Faye Dunaway, Ellen Burstyn y James Caan. El drama se estrenó en competición en el Festival de Cine de Cannes en el 2000.
El drama policíaco neoyorquino de La noche es nuestra (2007) fue protagonizado por Mark Wahlberg, Joaquin Phoenix, Eva Mendes y Robert Duvall. La película fue nominada a un César en 2008 a Mejor filme extranjero y compitió en el Festival de Cine de Cannes de 2007.
Su cuarto largometraje, Two Lovers (2008), fue nominado en los Premios Independent Spirit a Mejor director y Mejor actriz protagonista. El drama ambientado en Brooklyn fue protagonizado por Joaquin Phoenix frente a Gwyneth Paltrow, Vinessa Shaw e Isabella Rossellini. La película se estrenó dentro de competición en el Festival de Cine de Cannes de 2008 y posteriormente sería nominada al César a Mejor filme extranjero en 2009.
En mayo de 2013, El sueño de Ellis, protagonizada por su colaborador habitual Joaquin Phoenix, Marion Cotillard y Jeremy Renner, se convirtió en su cuarta película a estrenarse dentro de competición en el Festival de Cine de Cannes. La cinta, estrenada por The Weinstein Company en mayo de 2014, conseguiría numerosos premios incluyendo el de Mejor actriz (Marion Cotillard) y Mejor director de fotografía (Darius Khondji) del círculo de críticos de Nueva York.
La película de Grey Z, la ciudad perdida, basada en la novela de David Grann y protagonizada por Charlie Hunnam, Sienna Miller, Robert Pattinson y Tom Holland. Tuvo su estreno mundial como clausura de la selección oficial del Festival de Cine de Nueva York de 2016 y fue distribuida en cines por Amazon Studios y Bleecker Street en abril de 2017.
Nacido en la Ciudad de Nueva York, Gray creció en Queens y estudió en la facultad de Cine y Televisión de la Universidad del Sur de California.