21 grudnia 1762 roku, w kościele pw. św. Małgorzaty w Barking Cook poślubił Elizabeth Bates, córkę jednego ze swoich mecenasów. Miał z nią czworo lub sześcioro dzieci.
thumb|Mapa Nowej Fundlandii sporządzona przez Cooka 7 czerwca 1755 roku Cook zaciągnął się do marynarki wojennej jako starszy marynarz. Pracował na okręcie „Eagle”, dowodzonym przez kapitana Hamera (zastąpionego później przez Hugh Pallisera). Podczas wojny francusko-brytyjskiej o Kanadę w latach 1764–1766 roku dokonał pomiarów wybrzeży u ujścia Rzeki Świętego Wawrzyńca i Nowej Fundlandii. Za sporządzenie dokładnych map otrzymał premię w wysokości 50 funtów. 25 maja 1768 roku Cook awansował do rangi porucznika.
W 1768 roku Admiralicja brytyjska powierzyła mu dowództwo ekspedycji. Na okręcie „Endeavour” oficjalnie został wysłany w celu zbadania przejścia Wenus przez tarczę słoneczną na Tahiti, które miało nastąpić 3 czerwca 1769 roku (miała to być druga próba, po niezbyt udanej obserwacji z 1766 roku). Dzięki dokonanym pomiarom miano umożliwić obliczenie odległości Ziemi od Wenus. Ponadto Cook wraz z załogą mieli dokonać jak najwięcej odkryć w dziedzinie nawigacji i historii naturalnej. Faktycznym zadaniem było odnalezienie Lądu Południowego (Terra Australis). Nowo odkryte ziemie miały być przyłączone do Imperium brytyjskiego za zgodą tubylców.