Valokuvat Vietnamin sodasta ja Yhdysvaltain Kansalaisoikeusliikkeestä innostivat häntä ryhtymään valokuvaajaksi. Opettaessaan itse valokuvausta hän työskenteli kuorma-autonkuljettajana ja oppipoikana uutiselokuvien leikkaajana.
vuonna 1980 työskenneltyään useita vuosia sanomalehtikuvaajana New Mexicossa hän muutti New Yorkiin aloittaakseen uransa freelance-lehtikuvaajana. Hänen ensimmäinen ulkomaankomennuksensa oli hoitaa Pohjois-Irlannin sisällissotaa vuonna 1981 IRA: n nälkälakon aikana. Sen jälkeen Nachtwey on omistautunut sotien, konfliktien ja kriittisten yhteiskunnallisten kysymysten dokumentoinnille ja kuvannut tavallisia ihmisiä historian asialla. Hän on tehnyt laajoja valokuva-esseitä El Salvadorissa, Nicaraguassa, Guatemalassa, Libanonissa, Länsirannalla ja Gazassa, Israelissa, Indonesiassa, Thaimaassa, Intiassa, Sri Lankassa, Afganistanissa, Filippiineillä, Etelä-Koreassa, Somaliassa, Sudanissa, Ruandassa, Etelä-Afrikassa, Venäjällä, Bosniassa, Tšetšeniassa, Kosovossa, Romaniassa, Brasiliassa ja Yhdysvalloissa.
James Nachtwey on toiminut Time-lehden sopimuskuvaajana vuodesta 1984. Hän oli Black Starin jäsen vuosina 1980-1985 ja Magnumin jäsen vuosina 1986-2001. Vuonna 2001 hänestä tuli kuvatoimisto VII: n perustajajäseniä. hän sai lukuisia palkintoja, kuten kaksi World Press Photo of the Year-palkintoa, viisi Robert Capa-kultamitalia, ICP Infinity-palkinnon ja W. Eugene Smith Grant in Humanistic Photography-palkinnon. Hän on Royal Photographic Societyn fellow ja hänellä on kuvataiteen kunniatohtori Massachusetts College of Artista.