Cook (volkstümlich Captain Cook) wurde in Marton (England) als Sohn eines Landarbeiters geboren. Er heuerte 1755 in der Royal Navy an. Nach vier Jahren hatte er es bis zum Kapitän gebracht. Die Jahre von 1756 bis 1767 verbrachte er mit der Kartographierung der nordatlantischen Küstengewässer Kanadas vor Neufundland und Nova Scotia sowie mit der des Sankt-Lorenz-Stromes bis Quebec. 1768 unternahm er als stellvertretender Kommandant der Endeavour seine erste große Fahrt in den Südpazifik. Dabei führte er eine Gruppe britischer Astronomen auf der Route über Kap Hoorn zu der erst kurz zuvor entdeckten Insel Tahiti. Ziel der Astronomen war, den Lauf des Planeten Venus (Juni 1769) zu beobachten. Die Reise ging weiter nach Neuseeland, wo Cook Teile der beiden Hauptinseln für die britische Krone in Besitz nahm und 3'860 Kilometer Küstenlinie erstmals genau kartographierte (seine Karten blieben bis ins 19. Jahrhundert in Gebrauch). Indem er um beide Hauptinseln herum und zwischen ihnen hindurch segelte (die heutige Cookstraße), bewies er, dass sie nicht zu einem größeren Südkontinent gehören. 1770 landete er als erster Europäer an der Ostküste Australiens (Botany Bay), die er kartographierte und für Großbritannien als New South Wales in Besitz nahm. Die Botany Bay trägt ihren Namen wegen der zahlreichen, damals noch unbekannten Pflanzenarten, die von dem Expeditionsbotaniker Joseph Banks bestimmt wurden. Weiter nordwärts segelnd kartographierte Cook rund 3'200 Kilometer Küste und durchsegelte erfolgreich die gefährlichen Gewässer zwischen der Küste und dem Großen Barriereriff. Anschließend durchfuhr er die Torresstraße, um dann auf Java zu landen, wo 30 seiner Männer an der Ruhr starben. Mit der Durchsegelung der Sundastraße bewies er, dass Java und Sumatra getrennt sind.

Im Anschluss an seine Rückkehr nach England (1771) wurde Cook zum Kommandanten befördert. 1772 brach er mit der Resolution und der Adventure zu seiner zweiten großen Expedition auf. Er wollte den sagenumwobenen Süderdteil Terra Australis suchen, wovon Australien angeblich nur einen Teil darstellen sollte. Dieser Glaube an einen riesigen Südkontinent ging auf die alten Griechen zurück, die annahmen, eine solche Landmasse sei erforderlich, um die großen Erdteile auf der nördlichen Erdhalbkugel „auszubalancieren". Cook drang in den Südpazifik vor und segelte am Rand der antarktischen Eismasse entlang. Am 16. Januar 1773 kreuzte er als erster Mensch den südlichen Polarkreis. Im gleichen Jahr landete er auf den von ihm so genannten Hervey-Inseln (später Cook-Inseln). 1774 kartographierte er die Neuen Hebriden (heute Vanuatu), die Marquesas und die Osterinsel. Er landete als erster Europäer auf einigen weiteren Pazifikinseln einschließlich Neukaledonien und Niue. Während dieser Reise überquerte er den südlichen Polarkreis dreimal. Anschließend segelte er ostwärts um Kap Hoorn und entdeckte die südlichen Sandwichinseln sowie die Inselgruppe Südgeorgien. Er ließ kurz an der Table Bay Halt machen und erreichte dann Großbritannien. Nach seiner Rückkehr im Juli 1775 wurde Cook zum Mitglied der Royal Society ernannt und erhielt die Copley Medaille für wissenschaftliche Verdienste. Durch seine dreijährige Forschungsreise hatte er bewiesen, dass auf der Südhalbkugel kein Erdteil von der Größe Asiens existiert, sondern ausschließlich die große Eismasse der Antarktis.

Im Juli 1776 stach Cook erneut in See, um herauszufinden, ob es eine Nordwestpassage zwischen Atlantik und Pazifik nördlich des nordamerikanischen Kontinents gibt. Während des ersten Expeditionsabschnitts suchte er erneut den Zentralpazifik auf, wobei er im Frühjahr 1778 einige weitere Sandwichinseln (heute Hawaii) entdeckte und kartographierte. Nachdem er die Küste Nordamerikas erreicht hatte, suchte er, vor dem heutigen US-Bundesstaat Oregon kreuzend, ergebnislos nach der Nordwestpassage. Er kartographierte die Westküste des heutigen US-Bundesstaates Alaska, wo er in die heute Cook Inlet genannte Bucht vordrang. Anschließend stieß er weit nördlich bis zur Beringstraße vor, durchfuhr sie, bis ihn Eisgang etwa in Höhe von Icy Cape zum Abdrehen zwang. Er kehrte zu den Sandwichinseln zurück und wurde dort im Streit mit Insulanern getötet.