جیمز در ۵ آوریل ۱۹۸۹ در شهرک ایشر(شهرستان تشریفاتی ساری) کشور انگلستان به دنیا آمد. مادر او هنرپیشه و پدر او موسیقیدان است. او یک برادر بزرگتر و یک برادر کوچکتر از خود دارد. مادربزرگ او هلن هورتون، هنرپیشه آمریکایی بود.
پدر او، «جیمز تامسون» بر اثر سرطان، در سال ۲۰۱۸ درگذشت؛ لیلی تامسون نام هنری خود را متاثر از نام پدرش لیلی جیمز معرفی کرد.