Fotografien des Vietnamkrieges und der amerikanischen Bürgerrechtsbewegung inspirierten ihn, Fotograf zu werden. Während er sich selbst Fotografie beibrachte, arbeitete er als LKW-Fahrer und als Auszubildender zum Filmredakteur.
Nachdem er mehrere Jahre als Zeitungsfotograf in New Mexico gearbeitet hatte, zog er 1980 nach New York, um eine Karriere als freiberuflicher Zeitschriftenfotograf zu beginnen. Sein erster Auslandseinsatz war die Berichterstattung über Bürgerkriege in Nordirland im Jahr 1981 während des Hungerstreiks der IRA. Seitdem widmet sich Nachtwey der Dokumentation von Kriegen, Konflikten und kritischen sozialen Themen und fotografiert gewöhnliche Menschen in der Sache der Geschichte. Er hat an umfangreichen fotografischen Essays in El Salvador, Nicaragua, Guatemala, Libanon, Westjordanland und Gaza, Israel, Indonesien, Thailand, Indien, Sri Lanka, Afghanistan, den Philippinen, Südkorea, Somalia, Sudan, Ruanda, Südafrika, Russland, Bosnien, Tschetschenien, Kosovo, Rumänien, Brasilien und den Vereinigten Staaten gearbeitet.James Nachtwey arbeitet seit 1984 als Auftragsfotograf für das Time Magazine. Er war von 1980 bis 1985 mit Black Star verbunden und war zwischen 1986 und 2001 Mitglied von Magnum. 2001 wurde er eines der Gründungsmitglieder der Fotoagentur VII. Er erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter zwei World Press Photo of the Year Awards, fünf Robert Capa Goldmedaillen, den ICP Infinity Award und den W. Eugene Smith Grant in Humanistic Photography. Er ist Fellow der Royal Photographic Society und hat die Ehrendoktorwürde für Bildende Kunst vom Massachusetts College of Art.