Niedługo potem James przeprowadził się do Los Angeles, gdzie dołączył do zespołu Ricky’ego Nelsona. Tam debiutancko nagrał pierwsze parę utworów jako muzyk sesyjny. W tym okresie czasu stworzył i odegrał również solówkę w utworze „Susie Q” Dale’a Hawkinsa – piosence, która znalazła się na liście „500 utworów, które ukształtowały rock’n’rolla”. W latach 1958-1967 Burton grał na gitarze prowadzącej w zespole Ricka Nelsona. Wówczas, w roku 1965 rozpoczął również pracę w telewizyjnym programie „Shinding”, co skłoniło go do opuszczenia zespołu dwa lata później. Podczas rozwijania kariery medialnej, Burton zrezygnował ze współpracy z Bobem Dylanem, będącym wówczas w trakcie swojej pierwszej trasy koncertowej.W roku 1969 Presley zaproponował Burtonowi współpracę w swoim show w Las Vegas. James przyjał propozycję króla rock&rolla i towarzyszył mu aż do dnia jego śmierci w roku 1977. W latach 1975-1976 Burton był jednym z towarzyszy Emmylon Harris podczas trasy „Hot Band”. Podczas nagrań w specjalnym telewizyjnym wydaniu Johnego Denvera, wokalista zapytał Burtona, czy rozważa ruszenie w trasę po Europie. James odpowiedział wówczas, że obecnie współpracuje z Presleyem, ale w późniejszym okresie czasu byłby zadowolony, mając taką okazję. Po śmierci Elvisa, Burton rozpoczął zażyłą współpracę z Denverem, co zaowocowało debiutanckim albumem „I want to live”. W trakcie nagrywania krążka, duet omawiał powstanie zespołu, do którego dołączyli wkrótce Glen Hardin i Jerry Scheff. Burton towarzyszył Denverowi aż do 1994 roku. W międzyczasie podróżował m.in. wraz z Jerrym Lee Lewisem. W tym czasie zespół Denvera nagrał dwanaście płyt i wyjechał w wiele tras koncertowych po całym świecie.
Dalszy rozwój kariery Jamesa Burtona po śmierci jego towarzysza Johna Denvera to m.in. współpraca z Mattem Lucasem przy jego sequelu do albumu „Back in The Saddle Again”. Krążek łączący style country i rocka ukazał się w maju 2006 roku. Rok wcześniej rozpoczął coroczny Międzynarodowy Festiwal Gitarowy Jamesa Burtona w celu zdobycia pieniędzy dla swojej fundacji charytatywnej.
W roku 2007 Burtona dodano Hall of Fame w Nashville. Dwa lata później do Hall of Fame w Lousianie. W roku 2003 zajął dwudzieste trzecie miejsce na liście „100 najlepszych gitarzystów wszechczasów” wg magazynu „Rolling Stone”.