麦克斯韦出生在一个书香门第，自幼便展现出非凡的智力。15岁时，他便向爱丁堡皇家学会提交了第一篇科研论文，预示着他未来在学术领域的卓越成就。16岁中学毕业后，他进入爱丁堡大学学习数学和物理，专攻数学物理，并在此期间积累了广泛的知识。
1850年，麦克斯韦征得父亲的同意，离开爱丁堡大学，转入剑桥大学三一学院数学系学习。1854年，他以第二名的成绩获得史密斯奖学金，毕业后留校任职两年。1856年，他被任命为苏格兰阿伯丁的马里沙尔学院自然哲学讲座教授，开始了他的教学生涯。
1860年，麦克斯韦到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年，他当选为英国皇家学会院士。1865年春，他辞去教职回到家乡，系统地总结他关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论著作《论电和磁》，并于1873年出版。这部著作被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。
麦克斯韦在电磁学领域的贡献尤为突出。他整合了法拉第、安培和欧姆等前辈的工作，总结出描述电磁场相互作用的四个简洁方程——麦克斯韦方程组。这一成果被认为是物理学史上最美丽的理论之一，它预言了电磁波的存在，并计算出了它们的速度，这个速度与当时的光速测量值惊人地吻合，从而揭示了光的本质就是电磁波。
此外，麦克斯韦在统计物理学领域也有开创性工作。他是统计力学的奠基人之一，提出的麦克斯韦-玻尔兹曼分布律对理解气体分子运动状态分布具有决定性意义。他的理论体系犹如一座桥梁，连接了牛顿力学时代与现代物理学的新纪元。
1871年，麦克斯韦受聘为剑桥大学新设立的卡文迪许试验物理学教授，负责筹建卡文迪许实验室。1874年，他担任卡文迪许实验室的第一任主任，直至1879年因病在剑桥逝世，年仅48岁。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦以其卓越的才华和不懈的努力，在电磁学和统计物理学领域取得了重大突破，为现代物理学的发展奠定了坚实基础。他的科学遗产是人类对自然法则探索过程中的一座永恒丰碑。