Joseph Leonard Gordon-Levitt wurde am 17. Februar 1981 in Los Angeles, Kalifornien, als Sohn von Jane Gordon und Dennis Levitt geboren. Joseph wuchs in einer jüdischen Familie mit seinem älteren Bruder Dan Gordon-Levitt auf, der im Oktober 2010 verstarb. Seine Eltern arbeiteten für den Pacifica-Radiosender KPFK-FM und sein Großvater mütterlicherseits, Michael Gordon, war ein bekannter Filmregisseur. Joseph wurde zunächst durch seine Hauptrolle in der preisgekrönten NBC-Comedyserie 3rd Rock from the Sun (1996) bekannt. Während seiner sechs Staffeln in der Serie gewann er zwei YoungStar Awards und war außerdem dreimal für den Screen Actors Guild Award® für die herausragende Leistung eines Comedy-Serien-Ensembles nominiert.
Vor seinem Erfolg im Fernsehen hatte Joseph bereits kontinuierlich in Spielfilmen gearbeitet. Zu Beginn seiner Karriere gewann er einen Young Artist Award für seine erste größere Rolle in Robert Redfords Drama A River Runs Through It (1992). In den 1990er Jahren spielte er außerdem in den Filmen Angels in the Outfield (1994), The Juror (1996), Halloween H20: 20 Years Later (1998), einer gut rezensierten Slasher-Fortsetzung, und 10 Things I Hate About You (1999) an der Seite von Heath Ledger, der zu einem Klassiker der Teenie-Komödien wurde.
Nach seiner Arbeit an 3rd Rock nahm Joseph eine Auszeit von der Schauspielerei, um die Columbia University zu besuchen. In den frühen 2000er Jahren brach er mit der Form seiner Nebenrollen in Fernseh- und Filmkomödien, indem er eine Reihe intensiver dramatischer Rollen übernahm, meist in kleineren, unabhängigen Filmen wie Manic (2001) mit Don Cheadle und Mysterious Skin (2004) für Autor/Regisseur Gregg Araki; Rian Johnsons preisgekröntes Debüt, der dramatische Thriller Brick (2005) (2005); Lee Daniels‘ Shadowboxer (2005); das Kriminaldrama The Lookout (2007), das Scott Franks Regiedebüt markierte; John Maddens Killshot (2008) mit Diane Lane und Mickey Rourke; Spike Lees Weltkriegsfilm Miracle at St. Anna (2008) und das kontroverse Drama Stop-Loss (2008), in dem er mit Ryan Phillippe unter der Regie von Kimberly Peirce die Hauptrolle spielte. 2009 wurde Joseph mit seiner für den Golden Globe nominierten Rolle in Marc Webbs Komödien-Drama 500 Days of Summer (2009), in dem auch Zooey Deschanel mitspielt, offiziell als einer der Hauptdarsteller einer neuen Generation etabliert, wofür er Nominierungen für den Golden Globe, den Independent Spirit Award und den People’s Choice Award erhielt. Außerdem adaptierte er die Kurzgeschichte Sparks (2009) von Elmore Leonard zu einem 24-minütigen Kurzfilm, bei dem er auch Regie führte und der auf dem Sundance Film Festival gezeigt wurde.
Zu Beginn des neuen Jahrzehnts spielte er die Hauptrolle in dem Indie-Drama Hesher (2010) und etablierte sich als Actionstar in Christopher Nolans Inception (2010), in dem auch Leonardo DiCaprio, Marion Cotillard und Ellen Page mitspielen. Für das Krebsdrama 50/50 (2011), bei dem Jonathan Levine Regie führte und in dem auch Seth Rogen, Anna Kendrick und Bryce Dallas Howard mitspielten, erhielt Joseph eine weitere Golden-Globe-Nominierung, da er sich zwischen Independent- und Hollywood-Filmen bewegte. Bei The Dark Knight Rises (2012), dem dritten und letzten Teil der Batman-Reihe des Regisseurs, arbeitete er erneut mit Regisseur Nolan zusammen, wofür er eine Nominierung für den People’s Choice Award als beliebtester Filmschauspieler erhielt. Außerdem spielte er Hauptrollen in Premium Rush (2012) unter der Regie von David Koepp und in Looper (2012), einem Wiedersehen mit seinem Brick-Regisseur Rian Johnson, an der Seite von Bruce Willis und Emily Blunt. Zum Abschluss des Jahres spielte er Abraham Lincolns Sohn Robert in Steven Spielbergs Oscar-nominiertem Lincoln (2012) an der Seite von Daniel Day-Lewis und Sally Field.
2013 spielte Gordon-Levitt in seinem von der Kritik gefeierten Spielfilm-Regiedebüt Don Jon (2013) nach einem von ihm geschriebenen Drehbuch neben Scarlett Johansson und Julianne Moore. Für den Film wurde er für einen Independent Spirit Award in der Kategorie „Bestes erstes Drehbuch“ nominiert. Außerdem gab er die Stimme von Jiro Horikoshi in der 2014 erschienenen englischsprachigen Version von Hayao Miyazakis Oscar-nominiertem Animationsfilm The Wind Rises (2013) und trat in Robert Rodriguez und Frank Millers Frank Miller’s Sin City: A Dame to Kill For (2014), in dem er Johnny spielte, eine Figur, die Miller für den Film geschaffen hat. 2015 spielte er die Hauptrolle in The Walk (2015) unter der Regie von Robert Zemeckis, in dem er Philippe Pettit darstellte, und 2016 war er in der Hauptrolle in Oliver Stones Snowden (2016) zu sehen.
Joseph hat die Produktion von Project Power (2020) abgeschlossen, einem Science-Fiction-Film von Henry Joost/Ariel Schulman für Netflix, in dem er an der Seite von Jamie Foxx spielt, sowie des Independent-Thrillers 7500 (2019), geschrieben und inszeniert von Patrick Vollarth. Neben anderen Projekten wird er den Anwalt Richard Schultz in Aaron Sorkins The Trial of the Chicago 7 (2020) spielen und befindet sich in der Entwicklung verschiedener Spielfilme, darunter auch Fraggle Rock.
Joseph hat außerdem hitRECord, eine offene Gemeinschaftsproduktion, gegründet und leitet sie. hitRECord kreiert und entwickelt Kunst und Medien kollektiv über eine Website, auf der jeder mit einer Internetverbindung seine Platten hochladen, die Platten anderer herunterladen und remixen und gemeinsam an Projekten arbeiten kann. Wenn die Ergebnisse dieser RECords produziert werden und einen Gewinn abwerfen, teilt hitRECord den Gewinn 50/50 mit allen, die an der Endproduktion beteiligt waren. hitRECord hat Bücher veröffentlicht, Platten herausgebracht, ist auf Tournee gegangen und hat seine Arbeit auf großen Festivals wie Sundance und TIFF gezeigt. Das halbstündige Varieté-Programm „Hit Record on TV with Joseph Gordon-Levitt“, das Kurzfilme, Live-Performances, Musik, Animationen, Gespräche und mehr umfasst, wurde mit einem Emmy Award für kreative Leistungen im Bereich interaktive Medien – Social TV Experience ausgezeichnet. Das hitRECord-Projekt „Band Together with Logic“ ist ein einstündiges YouTube Originals-Special, in dem der Grammy-nominierte Rapper Logic seinen kreativen Prozess wie nie zuvor offenlegt und die Welt einlädt, mit ihm an einem Originalsong und einem Musikvideo zusammenzuarbeiten.
2016 ehrte die ACLU Gordon-Levitt mit ihrem jährlichen Bill of Rights Award für die Förderung von Diversity-Bemühungen, die Förderung der freien Meinungsäußerung, die Stärkung von Frauen und die Unterstützung von Bürgerrechten und Freiheiten für alle Amerikaner.
