Życiorys James Alan Hetfield urodził się 3 sierpnia 1963 w Downey w Kalifornii jako pierworodny syn Cynthii (z domu Nourse, primo voto Hale), niepracującej zawodowo artystki-grafik i Virgila Hetfieldów. Jego ojciec pracował jako kierowca ciężarówki, posiadał też własną niewielką firmę transportową, w niedziele nauczając w nurcie Stowarzyszenia Chrześcijańskiej Nauki, gdzie poznał Cynthię, którą poślubił 8 lipca 1961. Ma dwóch przyrodnich braci – synów swojej matki z pierwszego związku – Christophera (ur. 1951, grającego na gitarze akustycznej) i Dave’a (ur. 1952, jako nastolatek grał na perkusji w rock-and-rollowym cover bandzie The Bitter End) oraz siostrę Deannę (ur. 1966). Do 15. roku życia mieszkał w miejscu swego urodzenia, Downey, na przedmieściach Los Angeles, pod pieczołowitą opieką rodziców. Już jako dziewięciolatek za namową matki rozpoczął trzyletnią naukę gry na fortepianie, potem na perkusji, aż w końcu na gitarze. Zainteresowanie muzyką obudziła w nim kolekcja płyt przyrodniego brata, Dave’a, mimo faktu, że brat zakazał Jamesowi słuchania należących do niego winylowych płyt. Muzyk przypisuje osobiste odkrycie „ciężkiego brzmienia” debiutanckiemu albumowi zespołu Black Sabbath.