1815년에 장교 후보생으로 해군에 들어간 뷰캐넌은 1845년까지 복무하다가, 아나폴리스에 국립해군사관학교를 세우는 안을 제출했다. 같은 해에 해군사관학교가 세워지자, 초대 교장으로 임명되었다. 1847~48년에 멕시코 전쟁에서 활약했고, 1852~54년에는 매튜 C. 페리 제독의 일본 원정에 참여했다.

남북전쟁이 일어나기 직전인 1861년 4월에 메릴랜드 주가 연방에서 탈퇴하리라고 확신하고 보직을 사임했다. 이후 사임을 철회하려 했지만 다음 달에 해임되자 남부연합 해군에 들어갔다.

그는 충각(衝角：군함의 이물에 붙인 쇠로 된 돌기)이 달린 철갑선 버지니아호(메리맥호)를 지휘하여 북군 프리깃함인 컴벌랜드호와 콩그레스호를 햄프턴 정박지에서 격침시키는 전과를 올렸다(1862. 3). 8월에 제독으로 진급한 뒤 고위장교로 일했다. 1864년 8월에 벌어진 모빌 만 전투에서 자신의 함대를 이루던 다른 배들이 모두 망가지거나 나포된 상황에서도 충각선 테네시호를 이끌고 북군 군함과 싸웠다.