Attiva in campo cinematografico, televisivo e teatrale, la James dopo aver esordito nella sitcom Just William (2010), è salita alla ribalta per la sua interpretazione nella serie televisiva Downton Abbey (2013- 2014 ). Ha raggiunto la notorietà presso il grande pubblico interpretando Ella nel film Disney Cenerentola ( 2015 ).
Lily James è nata a Esher il 5 aprile 1989, figlia degli attori Jamie e Ninette Thomson (lui deceduto a causa di un cancro nel 2008), mentre sua nonna, Helen Horton, era anch'essa un' attrice statunitense.
Ha iniziato la sua formazione presso l'Arts Educational School in Tring e successivamente ha continuato a studiare recitazione alla Guildhall School of Music and Drama di Londra, laureandosi nel 2010.
La James ha iniziato la sua carriera nel 2010, debuttando sul piccolo schermo nella sitcom Just William, adattamento televisivo dell'omonima serie di libri di Richmal Crompton, in cui aveva ottenuto il ruolo marginale di Ethel Brown. In seguito ha partecipato alla quarta stagione della serie televisiva Diario di una squillo perbene, desunta dalle opere di Belle de Jour, nel ruolo di Poppy. Dal 2011, ha affiancato all'attività televisiva quella teatrale, ha esordito infatti, per la prima volta con un ruolo di rilievo, presso lo Young Vic Theatre in Vernon God Little di DBC Pierre, nello stesso anno ha ottenuto il plauso della critica per la sua interpretazione di Desdemona nella tragedia Otello di William Shakespeare, rappresentata al Crucible Theatre, mentre l'anno successivo si è esibita in altri tre spettacoli, tra cui il dramma Il gabbiano di Anton Čechov, presentato al Southwark Playhouse. A partire dal 2012, l' attrice ha dato avvio anche alla sua carriera cinematografica con il film La furia dei titani, sequel di Scontro tra titani del 2010.
Il riconoscimento è avvenuto fra il 2013 e il 2014 grazie alla sua partecipazione nella quarta e quinta stagione della serie televisiva Downton Abbey dove, assieme ad un ricco cast in cui compaiono anche Hugh Bonneville e Maggie Smith, ha interpretato Lady Rose MacClare.
