Javier Camarena naît à Puerto de Veracruz à l'Est du Mexique et étudie la musique au centre du pays (Guanajuato). Son apprentissage est compliqué et le ténor a lui même mis en ligne une vidéo datant de 1998 (il avait 22 ans à l'époque) montrant ses difficultés dans l'air "Nel cor più non mi sento" (La Molinara de Paisiello), mais il persévère et acquiert la technique globale les aigus qui feront son immense succès. Il remporte ainsi en 2004 le premier Prix du Concours Carlo Morelli dans la capitale Mexico, où il débute en Tonio de La Fille du régiment (un rôle qui marquera sa carrière et réciproquement). Ce prix et ces débuts lui amènent une reconnaissance nationale et bientôt internationale lorsqu'il traverse l'Atlantique l'année suivante pour l'emporter au concours Francesco Viñas à Barcelone.

Brillant à nouveau dans son pays natal dans de grands rôles bel-cantistes tels que Belmonte (L’Enlèvement au Sérail de Mozart), Nemorino et Ernesto (L’Élixir d’amour et Don Pasquale de Donizetti), il retourne en Europe et rejoint en 2007 la troupe de l'Opéra de Zurich. C'est là qu'il fait ses débuts Rossiniens avec Lindoro (L’Italienne à Alger) mais également Dorvil (L'Échelle de soie), et qu'il prend les rôles d'Almaviva dans Le Barbier de Séville de Paisiello et de Rossini, Belfiore dans La Fausse jardinière et Ferrando dans Così fan tutte, Osiride de Moïse, Nadir des Pêcheurs de perles, Fenton de Falstaff, Rodrigo d’Otello. Le fonctionnement en troupe lui permet même d'aborder un répertoire inattendu ou rare comme le Pilote de Tristan et Isolde (Wagner), ou Fileno de La Fidélité Récompensée (Haydn). Zurich lui permet aussi de rencontrer Cecilia Bartoli (qui avait apprécié son Lindoro), qui l'incite à préparer le rôle-titre du Comte Ory.

Sa carrière devient alors mondiale : il débute en 2008 en Comte Almaviva dans Le Barbier de Séville de Rossini, rôle qu'il reprend en 2011 pour ses débuts au Metropolitan Opera House. Il prend en 2014 le rôle de Leicester dans Maria Stuarda à l'Opéra allemand de Berlin. La même année, il rejoint Luciano Pavarotti et Juan Diego Flórez pour devenir le troisième chanteur en 70 ans à donner un bis sur la scène du Metropolitan, ce qu'il accomplit avec “Si ritrovarla io guiro” (air du Prince Ramiro dans La Cenerentola de Rossini), puis il devient le second à donner un bis au Teatro Real de Madrid depuis sa réouverture (en 1966) ce qu'il accomplit avec "Ah mes amis quel jour de fête" (air de Tonio pour La Fille du Régiment de Donizetti). En 2016, il accomplit à nouveau ce rare exploit au Met, en bissant “E se fia che ad altro oggetto” (air d'Ernesto dans Don Pasquale de Donizetti).

Plus tôt, en 2015, il chante Lindoro dans L'Italienne à Alger à l'Opéra d'État de Vienne. En 2016, il fait ses débuts au Royal Opera House avec le Comte Almaviva de Rossini, et prend le rôle d'Arturo Talbo dans Les Puritains à l'Opéra des Beaux Arts de Mexico. En 2017, il prend le rôle du Duc de Mantoue dans Rigoletto au Liceu de Barcelone et celui de Fernando dans La Favorite à Madrid, et effectue ses débuts à Bilbao dans La Cenerentola et à l'Opéra de Los Angeles en Nadir dans Les Pêcheurs de perles. 2018 marque ses débuts en Edgardo dans Lucia di Lammermoor à Madrid, ainsi qu'en Idreno dans Semiramide au Met. En 2019, il chante Gualtiero dans Le Pirate à Madrid, rôle qu'il reprend à l'Opéra national du Chili en 2021.

En juillet 2021, il incarnera Edgardo dans Lucia di Lammermoor au Liceu. En 2021/2022, il chantera Nemorino dans l’Elixir d’Amour à Bergame en novembre puis le Duc dans Rigoletto au ROH en février. Il retrouvera Lucia di Lammermoor au Met en avril puis Le Pirate à Zurich en juin, mois de sa prise du rôle de Tamino dans La Flûte enchantée à Barcelone.