Lily James, Lily Chloe Ninette Thomson olarak Esher, Surrey'de aktris Ninette (Mantle) ile aktör ve müzisyen Jamie Thomson'ın çocuğu olarak dünyaya geldi. Büyükannesi Helen Horton Amerikalı bir oyuncuydu. Eğitimine Tring'deki Arts Educational School'da başladı ve daha sonra Londra'daki Guildhall School of Music and Drama'da oyunculuk eğitimi aldı ve 2010 yılında mezun oldu.