Acteur américain, James Tolkan débute à la télévision en 1960, et au cinéma six ans plus tard. Il tient des rôles mineurs dans des films comme The Three Sisters (1966) de Paul Bogart, Le rivage oublié (1971) d’Anthony Harvey, Les copains d’Eddie Coyle (1973) de Peter Yates et Serpico (1973) de Sidney Lumet.
On le croise en Napoléon dans Guerre et amour (1975) de Woody Allen ou en magistrat dans Amityville : La maison du diable (1979) de Stuart Rosenberg. À la décennie suivante, il est notamment à l’affiche de Avec les compliments de l’auteur (1981) d’Arthur Hiller, WarGames (1983) de John Badham et La rivière (1984) de Mark Rydell.
James Tolkan devient surtout célèbre pour les fans de la trilogie Retour vers le futur (Zemeckis, 1985, 89, 90) en interprétant le sévère surveillant Strickland et son « ancêtre ». Il incarne aussi le commandant du porte-avions USS Enterprise dans Top Gun (1986) de Tony Scott, et reste fidèle à Lumet avec Le prince de New York (1981) et Family Business (1989).
Dans les années 90, il est crédité pour d’autres longs métrages dont Dick Tracy (1990) de Warren Beatty et L’extrême limite (1993) de James B. Harris. Il se fait plus rare par la suite et se retire après un petit rôle de pianiste dans Bone Tomahawk (2015) de S. Craig Zahler. James Tolkan est décédé le 26 mars 2026 à l’âge de 94 ans.