"Oyunculuk temellerini İngiltere'deki saygın sanat okullarından Tring Park School for the Performing Arts'ta atan Lily James, ekran önüne geçmeden önce tiyatro sahnelerinde güçlü bir deneyim kazandı. Tanya Ronder'ın kaleme aldığı ve Rufus Norris'in sahneye koyduğu "Vernon God Little" uyarlaması başta olmak üzere çeşitli oyunlarda rol alarak dikkat çeken James, kamera karşısındaki kariyerine televizyon yapımlarıyla adım attı. "Secret Diary of a Call Girl" dizisindeki Poppy karakteriyle adını duyurmaya başlayan oyuncu, kısa süre sonra büyük bütçeli Hollywood yapımı "Titanların Öfkesi"nde (Wrath of the Titans) Korrina rolünü üstlenerek Sam Worthington ve Liam Neeson gibi usta isimlerle aynı seti paylaştı.

Lily James’in kariyerinde geniş kitlelerce tanınmasını sağlayan ilk büyük kırılma, dünya çapında ses getiren dönem dizisi "Downton Abbey" ile gerçekleşti. Dizide Hugh ve Susan MacClare çiftinin kızı Lady Rose MacClare karakterine hayat vererek beğeni toplayan oyuncu, aynı dönemde Tim Roth ile birlikte "Broken" adlı dram filminde kamera karşısına geçti. Ardından, genç kadın koşucuların hikâyesini merkeze alan ve yoğun bir fiziksel hazırlık gerektiren "Fast Girls" filmindeki başarılı atlet performansıyla farklı türlerdeki rollerin de üstesinden gelebileceğini kanıtladı.

Başarılı oyuncunun kariyerindeki asıl küresel sıçrama ise 2015 yılında geldi. Kenneth Branagh’ın Disney için yönettiği "Sindirella" (Cinderella) filminin seçmelerine aslında üvey kız kardeşlerden birini oynamak için katılan James, sergilediği performansla başrolü kapmayı başardı. Kötü üvey anne rolündeki Cate Blanchett ve Prens rolündeki Richard Madden ile başrolü paylaştığı bu yapım, James’in uluslararası alanda tanınan bir isme dönüşmesinin önünü açtı. Bu başarının hemen ardından Jane Austen klasiğinin sıra dışı bir uyarlaması olan "Aşk ve Gurur + Zombiler" (Pride and Prejudice and Zombies) filminde Sam Riley ile başrolleri paylaşarak dövüş yetenekleriyle öne çıkan bir Elizabeth Bennet portresi çizdi; aynı dönemde Bradley Cooper ve Omar Sy'ın kadrosunda yer aldığı "Çok Pişmiş" (Burnt) filminde de izleyici karşısına çıktı.

Farklı türler arasında rahatça geçiş yapabilen oyuncu; Edgar Wright'ın yönettiği tempolu suç filmi "Tam Gaz" (Baby Driver), Winston Churchill dönemini anlatan "En Karanlık Saat" (Darkest Hour) ve dönem atmosferiyle öne çıkan "Guernsey Edebiyat ve Patates Turtası Derneği" gibi yapımlarla filmografisini zenginleştirdi. "Mamma Mia! Yeniden Başlıyoruz" (Mamma Mia! Here We Go Again) filminde genç Donna Sheridan karakterini canlandırarak müzikal yönünü ve sahne enerjisini sergileyen James, 2019 yılında Danny Boyle imzalı "Yesterday" filminde başrollerden birini üstlenerek The Beatles temalı bu sıra dışı hikâyede yer aldı.

Sonraki süreçte Netflix yapımı "Rebecca", romantik komedi türündeki "What's Love Got to Do with It?" ve biyografik dram "The Iron Claw" gibi projelerle adından söz ettiren Lily James; "Relay" ve "Swiped" yapımlarıyla seçkisini genişletmeyi sürdürdü. Oyuncunun kariyerindeki en dikkat çekici ve cesur adımlardan biri ise "Pam & Tommy" mini dizisi oldu. Pamela Anderson ile Tommy Lee'nin ilişkisini ve skandal yaratan kaset olayını ele alan yapımda Pamela Anderson'ı canlandıran James, hem şaşırtıcı fiziksel dönüşümü hem de başarılı oyunculuğuyla eleştirmenlerin takdirini kazanarak kariyerinin en çok konuşulan performanslarından birine imza attı.