È nato il 5 agosto 1966 a St. Louis, Missouri, in una grande famiglia cattolica irlandese. Suo padre, James F. Gunn, era un avvocato. Insieme a sua madre, Leota, hanno cresciuto lui e i suoi cinque fratelli nella zona di St. Louis. Ha trascorso gran parte della sua infanzia leggendo fumetti e girando film sugli zombi con i suoi fratelli con la sua cinepresa da 8 mm. Ha frequentato il liceo presso la Jesuit St. Louis University High School.
Quando si è diplomato nel 1984, ha frequentato la scuola di cinema della Loyola University Marymount a Los Angeles. Gunn, in quel periodo, scriveva e suonava musica con la sua band, The Icons. Nel mentre, ha scritto simultaneamente fumetti per diverse pubblicazioni underground e universitarie. Alla fine, Gunn è tornato al mondo accademico, completando gli studi universitari all'Università di St. Louis, dopodiché ha conseguito il Master of Fine Arts presso la Columbia University.
Nella prima parte di carriera, in veste di regista il suo più grande successo è stato l'horror Slither del 2006. Nel 2008 è stato uno dei tre giudici nel reality show Scream Queens, in veste di regista delle varie prove affidate alle 10 concorrenti, in competizione per ottenere un ruolo nel film Saw VI. Contemporaneamente, con i fratelli Brian e Sean Gunn ha scritto e diretto la webserie comica James Gunn's PG Porn. Nel 2010 Gunn scrive e dirige Super - Attento crimine!!!, che lo farà entrare nel mondo dei cinecomic.
Nel settembre 2012 viene scelto dai Marvel Studios per scrivere e dirigere il film Guardiani della Galassia, basato sull'omonimo fumetto, facente parte del Marvel Cinematic Universe, distribuito nelle sale cinematografiche nell'agosto 2014.[2] Nel luglio 2014 venne confermato alla regia del sequel, Guardiani della Galassia Vol. 2, previsto per fine aprile 2017.[3] Nello stesso mese, Gunn conferma che tornerà a scrivere e dirigere Guardiani della Galassia Vol. 3.[4] Il 20 luglio 2018 Gunn viene licenziato dalla The Walt Disney Company e dai Marvel Studios dalla regia del film per alcuni vecchi tweet in cui ironizzava su argomenti come lo stupro e l’AIDS.[5] Successivamente, nel marzo 2019, Gunn è stato riassunto per concludere la trilogia dei Guardiani,[6] con il terzo capitolo uscito a maggio del 2023 dopo uno speciale natalizio.
Poco dopo il suo licenziamento, viene assunto da Warner Bros. e DC Films per scrivere e dirigere un sequel/reboot di Suicide Squad, in cui viene riconfermato parte del vecchio cast con l'aggiunta di nuovi personaggi. Il film, The Suicide Squad - Missione suicida, esce nel 2021 e nonostante uno scarso successo al botteghino dovuto prevalentemente al COVID-19 è un nuovo successo di critica e pubblico, venendo particolarmente elogiato per lo stile giudicato più personale e libero rispetto ai precedenti film.
Nel gennaio 2022 viene rilasciata la prima stagione della serie televisiva Peacemaker, primo spin-off di The Suicide Squad incentrato sull'omonimo personaggio, scritta da Gunn che ha diretto anche cinque episodi su otto. Lo show diventa uno dei maggiori successi della piattaforma HBO Max e viene nuovamente elogiato da pubblico e critica, venendo rinnovato per una seconda stagione le cui riprese inizieranno nel 2023. Gunn inoltre ha confermato di star lavorando ad altri tre spin off del film e che sarà attivamente coinvolto nella regia e nella scrittura di uno di essi.
Gunn si è sposato nel 2000 con l'attrice Jenna Fischer, conosciuta attraverso il fratello Sean.[10] Dopo sette anni di matrimonio, la coppia ha annunciato la loro separazione in una dichiarazione congiunta il 5 settembre 2007,[11] divorziando nel 2008.[12]
Dal 2015 ha una relazione con l'attrice Jennifer Holland, con cui convola a nozze nel 2022.[13]
^scena eliminata presente nell'edizione home video
^Twisted Pixel Games: We Make Awesome, su twistedpixelgames.com. URL consultato il 6 dicembre 2014 (archiviato dall'url originale il 13 novembre 2014).
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