Den walesiske idrottsmannen vann världssprint- och keirintitlar 2013 och tog silver vid samma evenemang vid OS i Rio 2016.
"Jag har haft tid att tänka på min framtid och har beslutat att gå i pension från internationella spår sprint racing," James sade i ett uttalande.
Hon har för avsikt att starta ett bakeri "tillsammans med spännande andra projekt".
James har plågats av skador under sin karriär, och drabbades av en cancerskräck i 2014 när hon hade en operation för att ta bort onormala celler efter en cervikal screening.
Hon gjorde först ett märke när hon representerade Wales vid 2010 Samväldesspelen i Delhi, vann en silvermedalj i sprinten och en tid rättegång brons.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Efter att ha tagit sina världstitlar i Minsk, stod James inför en kamp med sjukdom och knäskador innan kvalificera sig för Rio 2016.
Hon tog en paus efter Rio, och berättade för BBC Wales i juli 2017 att hon var glad över att komma tillbaka till full träning.
Men i ett uttalande som publicerades på hennes Twitter-konto på onsdag sade James att hon var tacksam för sin framgång men att det var dags att gå vidare.
"Efter 13 års racing min spårcykel, är det dags att starta ett spännande nytt kapitel i mitt liv. Jag har gett cykling 100% och vet hur mycket engagemang det krävs för att göra det till den högsta nivån inom elitidrott," sade hon.
"Trycket av att tävla på toppen kan vara mentalt och fysiskt dränerande, men belöningarna har varit otroliga och jag har absolut ingen ånger!
Detta innehåll fungerar inte på din enhet, kontrollera Javascript och cookies är aktiverade eller uppdatera din webbläsare
"Jag har uppnått mina drömmar om att bli världsmästare, samväldesmedaljör för Wales och bli dubbel olympisk silvermedaljör.
"Jag vill nu njuta av mitt liv utan den strikta träningsregimen, samtidigt som jag fortsätter att leva en hälsosam livsstil både i kropp och sinne.
"Under en lång tid har jag haft en passion för bakning och har älskat att göra speciella bröllop och födelsedagstårtor för vänner och familj... och det är min avsikt att nu fortsätta denna passion som ett företag, tillsammans med några spännande andra projekt framöver."
Dubbelspårs världsmästare och olympisk silvermedaljör Becky James har gått i pension, vid 25 års ålder.