Desde pequeño Cameron mostró interés por la ciencia. Su vocación definitiva la encontró a la edad de 15 años, al ver 2001 A Space Odyssey, de Stanley Kubrick, por la que quedó hipnotizado y fascinado por sus efectos visuales. Empezó a filmar con una cámara de 16 mm inventando aventuras espaciales y en un principio creando sobre todo sus propios efectos visuales, pronto ampliaría su habilidad para la dirección de películas, pero con conocimientos mínimos. En 1973 se matriculó en el Fullerton College para estudiar física, aunque después abandonó estos estudios para empezar literatura inglesa.^[16]​ Dejó de estudiar en 1974 y trabajó en varios lugares, incluso como mecánico y camionero, al tiempo que se dedicaba a la escritura.^[17]​ Fue en esta época cuando comenzó a aprender de manera autodidacta a crear efectos especiales: «Iba a la biblioteca de la Universidad del Sur de California y consultaba cualquier tesis que los graduados hubieran escrito sobre impresión óptica, proyección cinematográfica o transferencia de colorantes, lo que fuera sobre tecnología del cine. Me sentaba a leerlo y si me dejaban fotocopiarlo, lo hacía, y si no, tomaba notas».^[18]​

En 1978 empezó su relación con Sharon Williams. Al año siguiente, cuando se estrenó Star Wars, decidió dedicarse a la industria cinematográfica.^[19]​ Ayudado por su amigo William Wisher, creó algunos proyectos, contratado por la empresa busca talentos New World Pictures comenzó como creador de efectos especiales. Pero su oportunidad de dirigir llegaría de la mano del productor italiano Ovidio G. Assonitis.