Après des études à Glasgow, il entame une carrière de juriste à Londres, puis devient professeur de droit civil à l'université d'Oxford. Il publie en 1878 une Histoire du Saint-Empire romain germanique. Après un séjour en Arménie, il rédige un ouvrage sur la région du Caucase et du mont Ararat, dans lequel il revient par exemple sur la localisation supposée de l'arche de Noé. De 1907 à 1913, Bryce occupe les fonctions d'ambassadeur britannique aux États-Unis.
Lors de la Première Guerre mondiale, Bryce est désigné par le Premier ministre Herbert Henry Asquith pour enquêter sur de supposées atrocités allemandes en Belgique, puis sur le génocide arménien en Turquie. Son rapport, qui voit le jour en 1915, contient un compte rendu sévère des agissements allemands. En collaboration avec l'historien Arnold Joseph Toynbee, il rassemble plus tard des témoignages sur le massacre des Arméniens et provoque une vraie prise de conscience collective.
