1896年12月14日，詹姆斯·杜立特爾出生于美國加利福尼亞州阿拉美達市的一個普通木匠家庭。他從小就表現(xiàn)出興趣廣泛、思維敏捷和好勝動強的個性，年輕時非常喜愛拳擊運動，曾得過美國太平洋沿岸最輕量級冠軍的稱號。萊特兄弟發(fā)明飛機后，杜立特爾開始對航空產(chǎn)生興趣，他曾造過一架小飛機，可惜在試飛時被大風(fēng)刮壞，沒能飛向天空。

1917年10月，杜立特爾加入美國陸軍通信兵預(yù)備航空隊，在圣地亞哥附近的一個機場學(xué)飛行技術(shù)，駕駛寇蒂斯公司的JN-4教練機。雖然杜立特爾的個子很矮，身高只有1.69米，從機艙的一側(cè)向外望出去都很困難，但這并不能妨礙他成為一名優(yōu)秀飛行員，僅經(jīng)過6小時帶飛他就可以放單飛了。1918年3月，由于他飛行技術(shù)優(yōu)秀，被任命為飛行和槍炮教官。

1922年9月4日是使杜立特爾名揚全美的一天。這天，他駕駛一架DH-4B型飛機，用了21小時19分從美國東海岸的佛羅里達飛到西海岸加州的圣地亞哥，空中飛行了3481公里，第一次完成一天內(nèi)橫跨美國本土的飛行。1925年在美國東部巴爾的摩，他駕駛一架寇蒂斯公司的R3C-2水上飛機，以平均每小時374公里的速度成績，而贏得“施奈德”獎比賽冠軍。三天后，他又用同一架飛機創(chuàng)造了平均每小時397公里的當時水上飛機速度世界紀錄。

此后由于杜立特爾飛行技術(shù)好并屢創(chuàng)佳績，被任命為第一試飛基地的飛行處長，負責試飛管理兼試飛員。為了做好試飛工作，杜立特爾曾在麻省理工學(xué)院進行過系統(tǒng)的航空理論學(xué)習(xí)，并獲得碩士和博士學(xué)位。扎實的理論基礎(chǔ)給他的試飛工作帶來了很大幫助，再加上高超的駕駛技術(shù)，使他成為當時最優(yōu)秀的試飛員之一。

1928年，杜立特爾在美國駕機第一個完成筋斗特技動作。隨后又開始向濃霧宣戰(zhàn)，摸索惡劣氣象條件下的儀表飛行經(jīng)驗。1929年9月24日，杜立特爾跨進飛機后艙，然后用帆布蓋起來，只能憑儀表駕駛飛機，看不到外面的任何東西。為了保證試飛安全，要求普通前艙的飛行員，不到萬不得以不準操縱。在空中，杜立特爾飛行了24公里，成功地完成了起飛、大起落航線飛行和著陸動作。

1930年杜立特爾退役，加入殼牌石油公司任職，但不忘記他熱愛的飛行事業(yè)。1932年他駕駛一架“超級運動家”飛機創(chuàng)造了新的飛行記錄。1934年首次提出把空軍從陸軍中分離出來，建立獨立的空軍軍種。1936年又一次完成橫跨美國大陸的飛行，但這次只用了12小時。在此期間，他還力勸殼牌公司發(fā)展航空燃料，這為其后飛機性能的提高和第二次世界大戰(zhàn)的需要起到了重要作用。

1940年7月，當希特勒的軍隊在歐洲橫行的時候，杜立特爾放棄了在殼牌公司待遇優(yōu)厚的工作，又重新服役。起初，他被委派指揮B-26中程轟炸機部隊。

1941年12月7日，日本偷襲珍珠港，使美國海軍遭受重大損失。為此美國總統(tǒng)下令：一定要回擊日本！為了執(zhí)行總統(tǒng)命令，1942年4月18日，杜立特爾率領(lǐng)16架B-25轟炸機，從“大黃蜂”航空母艦上起飛，首次對日本首都東京進行了轟炸，大大地打擊了日本的囂張氣焰。轟炸東京的成功，也成就了杜立特爾在美國人心目中的英雄地位。當他返回美國后，立即從中校晉升為準將，并獲得代表美國最高榮譽的國會勛章。

此后，杜立特爾被派去指揮參加北非戰(zhàn)役的第12航空隊和駐意大利的第15航空隊。其間他晉升為少將。1944年，他開始指揮駐英國及沖繩群島的第8航空隊。當時該航空隊主要負責為轟炸機護航，他到任后立即命令：“從現(xiàn)在起，我們戰(zhàn)斗機的首要任務(wù)是在空中消滅敵機”。這一重大的戰(zhàn)術(shù)變化，對加速德軍的失敗起了很大作用，杜立特爾自己也認為這是他二戰(zhàn)中作出的最重要的決定。

在二戰(zhàn)中，由于杜立特爾的出色成績，他又從少將晉升為中將。原美國陸軍統(tǒng)帥馬歇爾將軍曾這樣評價杜立特爾：“他是一位非常優(yōu)秀的指揮員，在戰(zhàn)爭中具有非凡的聰明才智和頑強的毅力”。

1945年8月日本投降后，48歲的杜立特爾退出現(xiàn)役，重新回到殼牌公司擔任高級管理工作。1959年杜立特爾退出預(yù)備役，當時他已63歲。鑒于杜立特爾對美國空軍建設(shè)的杰出貢獻，1985年里根總統(tǒng)和國會授予他四星上將軍銜。

1993年9月27日，詹姆斯·杜立特爾將軍在加利福尼亞州的帕布洛灘市去世，終年96歲。