Родился 24 марта 1973 года в Хьюстоне, штат Техас, в обычной американской семье. Уже с шести лет Джим мечтал стать актером, после того как сыграл птицу в школьной постановке «Кола-Кола». Его всегда особенно привлекали комедии. По окончании школы Парсонс поступил в Университет Хьюстона. За время учебы он сыграл в 17 пьесах.
После получения степени бакалавра Джим основал театральную труппу Infernal Bridegroom Productions и сам активно участвовал в спектаклях. В 1999 году он подал документы в Университет Сан-Диего на особую двухгодичную программу обучения драматическому искусству. В 2001-м Парсонс переехал в Нью-Йорк, где играл в бродвейских постановках и телевизионных передачах.
В самом начале своей карьеры Джим снялся в нескольких рекламных роликах и в видеоклипе для благотворительной компании Stand Up To Cancer, которая занимается борьбой против рака. Также он отметился в пилотных эпизодах телесериалов, которые оказались провальными по тем или иным причинам. По подсчетам самого Парсонса, число их колеблется от 15 до 30. Конечно, не все проекты были отложены в «долгий ящик», часть все же вышла на экраны («Справедливая Эми», «Эд», «Эврика», «АйКарли», «Глен Мартин»), однако известности ему эти работы не принесли.
Актера прославил на весь мир популярный телесериал «Теория большого взрыва» (2007-2013), где он сыграл молодого гениального физика, доктора наук Шелдона Купера. Прочитав сценарий, Джим был очарован диалогами и понял, что роль Купера подходит ему как нельзя лучше. Несмотря на разницу в характерах героя и его исполнителя, на первом прослушивании Парсонсу удалось сильно впечатлить одного из авторов проекта – Чака Лорри. В 2010 и 2011 годах Джим был номинирован на премию «Эмми» в категории «Лучший комедийный актер».
В 2011-м актер воплотил Крэйна в ленте «Большой год». Двумя годами ранее за большие достижения в комедийном жанре он получил награду Ассоциации телевизионных критиков, обойдя таких именитых актеров, как Алек Болдуин, Стив Карелл, Тина Фей, Мэттью Моррисон.
Сейчас Парсонс живет в Лос-Анджелесе. Он любит играть на пианино, следит за спортивными соревнованиями, особенно увлекается бейсболом, баскетболом, теннисом. В свои 39 лет актер прекрасно выглядит: он тщательно следит за внешностью. О его семье мало что известно, так как актер не любит выставлять напоказ свою личную жизнь, однако не скрывает своей гомосексуальности. Отношения Джима с нынешним партнером продолжаются уже более 10 лет.
