Chadwick syntyiCheshiressä, Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Vuonna 1908 hän aloitti fysiikan opinnotManchesterin yliopistossa ja opiskeltuaan muun muassaErnest Rutherfordin opetuksessa hän valmistuimaisteriksi 1913. Opiskeluaikanaan hän työskenteli erilaistenradioaktiivisuuteen liittyvien ongelmien parissa. Hän meni naimisiin 1925 ja perheeseen syntyi kaksoistyttäret.
Ensimmäisen maailmansodan jälkeen Chadwick työskenteli Rutherfordin kanssaCambridgessä Cavendish-laboratoriossa. Vuonna 1932 hän osoitti uuden alkeishiukkasen,neutronin, olemassaolon. Vain kolme vuotta löydön jälkeen, 1935, hänelle myönnettiin löydöstä Nobelin palkinto. Keksinnöllä tuli olemaan hyvin pian käytännön merkitystätoisessa maailmansodassaydinaseen kehittämisessä, mutta myös rauhan ajan sovellutuksissa kutenydinvoiman hyötykäytössä ja materiaalien tutkimuksessa.
