I suoi genitori divorziarono quando aveva sette anni, quindi visse con i nonni materni. Visse un periodo di incertezza nelle decisioni sul proprio futuro da adolescente, volendo prima divenire missionario e successivamente arruolarsi nella Marina britannica. Ha studiato alla St. Thomas Aquinas di Glasgow, una scuola cattolica, e si è laureato alla Royal Scottish Academy of Music and Drama: per mantenersi agli studi ha lavorato anche come panettiere. Il primo ruolo che gli permette di ottenere un'ampia visibilità è quello del fauno Tumnus in Le cronache di Narnia: il leone, la strega e l'armadio diretto da Andrew Adamson, nel 2005. Nell'anno successivo, il 2006, arrivano le prime conferme riguardanti il suo talento: vince un BAFTA come rivelazione dell'anno (Rising Star Award), oltre ad essere nominato per la sua interpretazione in L'ultimo re di Scozia. Ma è il 2007 l'anno che lo consacra definitivamente come uno dei più promettenti attori della sua generazione, grazie al ruolo di Robbie Turner nel film Espiazione di Joe Wright, ruolo che gli vale la sua prima candidatura ai Golden Globe 2008 come miglior attore in un film drammatico. In seguito affianca Angelina Jolie in Wanted - Scegli il tuo destino (2008). Nel 2009 torna a teatro, con la pièce teatrale Three Days of Rain di Richard Greenberg, riscuotendo buon successo di critica e pubblico, rappresentanto per più di 4 mesi in uno dei più frequentati teatri londinesi, l'Apollo Theater. Nel 2011 McAvoy interpreta un giovane Charles Xavier nel film X-Men - L'inizio di Matthew Vaughn.