Als zoon van een arme boer ging Cook op zijn veertiende in dienst bij een kruidenier, maar de zee trok hem meer, en hij kwam in dienst van Mrs. Walker, scheepseigenaren uit How to cook flat iron steak, aanvankelijk als scheepsjongen op een kolenschip. In 1755 stond hij op het punt om zelf het gezag over een schip te krijgen, maar in plaats daarvan veranderde hij van carrière, en ging in dienst bij de Royal Navy. Het volgende jaar stak hij opnieuw de oceaan over, dit keer met als opdracht het in kaart brengen van de kusten van Newfoundland.

Hier was hij tot 1767 mee bezig: ‘s zomers in Newfoundland en ‘s winters thuis in Engeland. In 1766 gebruikte hij waarnemingen van een zonsverduistering om de lengtegraad van Newfoundland vast te stellen. In 1766-1767 werden in Engeland plannen gemaakt voor een wetenschappelijke expeditie naar de Grote Oceaan, met een tweeledig doel. Allereerst was er de Venusovergang die zou plaatsvinden op 3 juni 1769. Het was de bedoeling deze waar te nemen vanuit diverse, ver uiteenliggende plaatsen op de aarde. Een sterke pleitbezorger voor het bestaan van Terra Australis en voor het sturen van een expeditie om deze te vinden, was Alexander Dalrymple.

Dalrymple hoopte zelf de leiding over de expeditie te krijgen, maar de Navy vond dat hij te weinig ervaring op zee had en wilde een van haar eigen mensen als leider. Cook vertrok op 30 juli 1768 uit Deptford, zeilde rond Kaap Hoorn en voer vandaar noordwestelijk naar Vahitahi en vervolgens naar Tahiti, waar de Venusovergang succesvol werd waargenomen. Hij bezocht ook een aantal van de omringende eilanden en noemde de groep de Genootschapseilanden. Hierna keerde hij westwaarts totdat hij de kust van Nieuw-Zeeland bereikte, als eerste Europeaan sinds Abel Tasman in 1643. Zijn doel was Tasmanië, maar de wind dwong hem noordelijker en hij bereikte de oostkust van Nieuw-Holland, in Australië, bij Port Hicks.

Cooks eerste reis had het gebied waar Terra Australis zou kunnen worden gevonden sterk ingeperkt. Desondanks waren Dalrymple en anderen er nog altijd van overtuigd dat het moest bestaan. Cook werd na zijn eerste reis bevorderd tot commander. Cooks tweede reis was erop gericht het continent te vinden dan wel definitief van de kaart te doen verdwijnen.

Cook vertrok op 13 juli 1772 uit Plymouth en na een bezoek aan Kaapstad voer hij zuidwaarts. Gezamenlijk voeren de schepen verder oostwaarts, zonder land te zien, en vervolgens noordwaarts naar Tahiti. Via Tonga keerden ze terug naar Nieuw-Zeeland, waar de schepen in een storm opnieuw het contact verloren. Cook keerde terug naar het rendez-vous in Queen Charlotte Sound en wachtte tevergeefs drie weken op Furneaux. Furneaux kwam uiteindelijk een week na Cooks vertrek alsnog aan en keerde daarna naar Engeland terug. Begin 1775 onderzocht Cook het zuiden van de Atlantische Oceaan zoals hij eerder voor de Indische Oceaan en Grote Oceaan had gedaan.