Muir nacque a Dunbar, East Lothian, Scozia da Daniel Muir e Ann Gilrye. Ebbe 8 tra fratelli e sorelle, prima di lui le sorelle Margaret e Sarah e dopo gli altri David, Daniel, Ann e Mary (gemelle) e Joanna che nacque in America. Nella sua autobiografia, egli descrisse i sui propositi di bambino, la lotta, sia ripetendo in imitazione le battaglie romantiche della storia scozzese oppure solamente scorrazzare in giro e la caccia ai nidi degli uccelli (ostentatamente superava i suoi amici per colui che conosceva dove stavano la maggior parte dei nidi). Tali propositi gli sarebbero poi serviti per formare il carattere del Muir adulto.

Entrata alla Fattoria Fountain Lake Farm [Portage, Wisconsin]
Muir emigrò negli Stati Uniti nel 1849, quando la sua famiglia costruì una fattoria vicino a Portage nel Wisconsin questa fattoria fu chiamata Fountain Lake Farm. Egli frequentò l'Università del Wisconsin-Madison per alcuni anni. Fu là sotto ad un albero vicino alla North Hall che Muir prese la sua prima lezione di botanica. Uno studente prese un fiore dall'albero e lo usò per spiegare come il fiore facesse parte di quell'albero che a sua volta faceva parte di una particolare specie di albero. Cinquanta anni più tardi il naturalista Muir descrisse quel giorno nella sua autobiografia. "Questa lezione mi affascinò e mi spinse a volare attraverso i boschi e le foreste con entusiasmo estremo" scrisse Muir. Ma anziché laurearsi in una scuola costruita dalla mano dell'uomo, Muir optò per iscriversi all'Università della natura selvatica e così camminò migliaia di chilometri dall'Indiana allaFlorida dopo aver trascorso la maggior parte del tempo tra gli anni 1866 e 1867 lavorando come ingegnere industriale ad Indianapolis, dove un incidente di lavoro quasi gli costò la perdita della vista. Aveva pianificato di continuare in Sud America ma fu colpito dalla malaria, e dovette fermarsi invece in California.

Yosemite Valley from Inspiration Point
Arrivato a San Francisco nel marzo 1868, Muir immediatamente partì per un luogo di cui aveva solo letto chiamato Yosemite. Dopo aver visto la Valle dello Yosemite per la prima volta fu travolto dal suo fascino e scrisse "Nessun tempio fatto dalle mani umane può competere con Yosemite," e "[Yosemite è] il più grande di tutti i templi della Natura."
Dopo la sua prima visita di otto giorni, egli ritorno nella Sierra Nevada e divenne un operatore delle ferrovie, pastore e allevatore di cavalli. Nel maggio 1869 Pat Delaney, il padrone di un grosso ranch gli offrì un lavoro estivo nelle montagne per accompagnare e sorvegliare le sue pecore e i suoi pastori. Muir accettò l'offerta entusiasticamente e passò quell'estate con le pecore nell'area di Yosemite. Quell'estate Muir si arrampicò sul Cathedral Peak, del Monte Dana e camminò lungo il vecchio percorso degli indiani d'America da Bloody Canyon a Mono Lake. Durante questo tempo egli cominciò a creare teorie su come quelle aree si erano sviluppate e come si era comportato in esse l' ecosistema.
Ancora più entusiasta di prima riguardo quel luogo Muir si assicurò un lavoro operando come lavoratore per le ferrovie sotto la supervisione del capo ufficio James Hutchings. Inventore naturale, Muir disegnò una sega ad acqua per tagliare il ferro e si costruì una capanna sul Yosemite Creek.
Proselita del suo amore per la scienza e soprattutto per la geologia, spesso occupava il suo tempo libero studiando e si convinse che il ghiaccio aveva scolpito molte delle figure della valle e dell'area circostante. Questa nozione era in aperta contraddizione con la teoria accettata, promulgata da Josiah Whitney (capo dell'Ufficio geologico della California che attribuiva la formazione della valle ad un terremoto catastrofico). Quando la teoria di Muir fece breccia, Whitney provò a gettare discredito su di lui tacciandolo come auto didatta e anche un po' ignorante. Il più grande geologo di quei tempi, Louis Agassiz, tuttavia, vide dei meriti nella teoria di Muir e lo lodò come “il primo uomo che ha una concezione adeguata dell'azione del ghiaccio”.
Nel 1871 Muir scoprì un ghiacciaio alpino attivo sotto al Merced Peak, che più tardi lo aiutò a far guadagnare credito alla sua teoria. Egli fu anche uno scrittore altamente produttivo ed ebbe molti dei sui articoli pubblicati fino anche a New York. Nello stesso anno, uno degli eroi di Muir, Ralph Waldo Emerson, arrivò a Yosemite per incontrarsi con Muir. L'ex professore dell'Università del Wisconsin che aveva insegnato a Muir, Ezra Carr, e sua moglie Jeanne incoraggiarono Muir a pubblicare le sue ricerche. Essi presentarono a Muir personaggi famosi come Emerson, e famosi scienziati tra cui Louis Agassiz, John Tyndall, John Torrey, Clinton Hart Merriam, e Joseph LeConte.

La casa di Muir a Martinez, California
Un grosso terremoto con epicentro vicino a Lone Pine, California, nella Valle Owens fu sentito fortemente nella valle di Yosemite nel marzo 1872. Il terremoto svegliò Muir la mattina presto e lui corse fuori dalla sua capanna esclamando “Un nobile terremoto!” Altri abitanti della valle che ancora credevano alla teoria di Whitney, temettero che quel terremoto fosse un preludio a uno sprofondamento della valle provocato dal cataclisma. Muir non aveva tali paure e prontamente fece una sorveglianza delle nuove crepe create dallo slittamento delle rocce provocato dal terremoto. Questo evento portò altre persone a credere alla teoria di Muir sulla formazione della valle. Assieme ai suoi studi geologici, Muir studiò anche l'area vivente del Yosemite. Egli fece due studi sul campo lungo il fianco ad ovest della Sierra sulla distribuzione ed ecologia di isolate piante di Sequoia gigante nel 1873 e nel 1874. In fatti, nel 1876 l'Associazione americana per l'avanzamento delle scienze pubblicò una ricerca che scrisse Muir sull'ecologia e la distribuzione di tali alberi.
Nel 1880 Muir sposò Louisa Wanda Strentzel, i cui genitori possedevano un grosso ranch a Martinez, California, una piccola città a nord est di San Francisco. Per i successivi dieci anni egli si dedicò a gestire il ranch della famiglia che consisteva in 2600 acri di vigneti e frutteti che divenne molto famoso. (Quando egli morì fu valutato 250.000 dollari americani, il valore di circa 4 milioni di dollari usa del 2005). La loro casa e parte del ranch sono ora Sito di Interesse storico nazionale. Egli ebbe due figlie, Wanda Muir Hanna (25 marzo 1881 - 29 luglio 1942) e Helen Muir Funk (23 gennaio 1886 - 7 giugno 1964)