Joseph Leonard Gordon-Levitt nació el 17 de febrero de 1981 en Los Ángeles, California, hijo de Jane Gordon y Dennis Levitt. Joseph se crió en una familia judía junto a su difunto hermano mayor, Dan Gordon-Levitt, que falleció en octubre de 2010. Sus padres trabajaban en la emisora de radio Pacifica KPFK-FM y su abuelo materno, Michael Gordon, había sido un conocido director de cine. Joseph se dio a conocer por primera vez por su papel protagonista en la premiada serie cómica de la NBC 3rd Rock from the Sun (1996). Durante sus seis temporadas en la serie, ganó dos premios YoungStar y también compartió tres nominaciones al Screen Actors Guild Award® a la mejor interpretación de un conjunto de serie de comedia.
Antes de su éxito en televisión, Joseph ya había trabajado de forma constante en películas. Al principio de su carrera, ganó un Young Artist Award por su primer papel importante, en el drama de Robert Redford A River Runs Through It (1992). Durante la década de los 90, también coprotagonizó las películas Angels in the Outfield (1994), The Juror (1996), Halloween H20: 20 Years Later (1998), una secuela de slasher con buenas críticas, y 10 Things I Hate About You (1999), junto a Heath Ledger, que se ha convertido en un clásico de la comedia adolescente.
Después de su trabajo en 3rd Rock, Joseph se tomó un descanso de la actuación para asistir a la Universidad de Columbia. A principios de la década de 2000, rompió el molde de sus papeles secundarios en televisión y cine para aparecer en una serie de intensos papeles dramáticos, sobre todo en películas independientes más pequeñas, como Manic (2001), con Don Cheadle; Mysterious Skin (2004), para el escritor y director Gregg Araki; el premiado debut de Rian Johnson, el thriller dramático Brick (2005); Shadowboxer (2005), de Lee Daniels; el drama criminal The Lookout (2007), que supuso el debut como director de Scott Frank; Killshot (2008), de John Madden, con Diane Lane y Mickey Rourke; la película de Spike Lee sobre la Segunda Guerra Mundial Miracle at St. Anna (2008); y el polémico drama Stop-Loss (2008), que protagonizó junto a Ryan Phillippe, bajo la dirección de Kimberly Peirce. En 2009, Joseph se estableció oficialmente como uno de los protagonistas de la nueva generación con su papel nominado al Globo de Oro en la comedia dramática de Marc Webb 500 Days of Summer (2009), también protagonizada por Zooey Deschanel, por la que recibió nominaciones al Globo de Oro, al Independent Spirit Award y al People’s Choice Award. También adaptó el cuento de Elmore Leonard Sparks (2009) en un cortometraje de 24 minutos que él mismo dirigió y que se proyectó en el Festival de Cine de Sundance.
A principios de la nueva década, protagonizó el drama independiente Hesher (2010) y se consagró como estrella de acción en Inception (2010), de Christopher Nolan, también protagonizada por Leonardo DiCaprio, Marion Cotillard y Ellen Page. En su equilibrio entre el cine independiente y el de Hollywood, Joseph consiguió otra nominación al Globo de Oro por el drama sobre el cáncer 50/50 (2011), dirigido por Jonathan Levine y protagonizado también por Seth Rogen, Anna Kendrick y Bryce Dallas Howard. Volvió a trabajar con el director Nolan en The Dark Knight Rises (2012), la tercera y última entrega de la serie de Batman del director, por la que recibió una nominación al People’s Choice Award como Actor de Cine Favorito; y consiguió papeles principales en Premium Rush (2012), dirigida por David Koepp, y en Looper (2012), reuniéndose con su director de Brick, Rian Johnson, junto a Bruce Willis y Emily Blunt. Completando el año, interpretó a Robert, el hijo de Abraham Lincoln, en Lincoln (2012), de Steven Spielberg, nominada al Oscar, junto a Daniel Day-Lewis y Sally Field.
En 2013, Gordon-Levitt protagonizó su aclamado debut como director de largometrajes, Don Jon (2013), a partir de un guión escrito por él, junto a Scarlett Johansson y Julianne Moore. Fue nominado al Premio Independent Spirit al «Mejor Primer Guión» por la película. También puso la voz de Jiro Horikoshi en la versión en inglés de 2014 de la película de animación de Hayao Miyazaki nominada al Oscar El viento se levanta (2013), y apareció en Sin City, de Robert Rodríguez y Frank Miller: A Dame to Kill For (2014), en la que interpretó a Johnny, un personaje creado por Miller para la película. En 2015, protagonizó The Walk (2015), dirigida por Robert Zemeckis, y en la que interpretó a Philippe Pettit, y en 2016 encabezó Snowden (2016), de Oliver Stone.
Joseph ha completado la producción de Project Power (2020), película de ciencia ficción de Henry Joost/Ariel Schulman para Netflix, en la que actúa junto a Jamie Foxx, y en el thriller independiente 7500 (2019), escrito y dirigido por Patrick Vollarth. Entre sus otros proyectos, interpretará al abogado Richard Schultz en The Trial of the Chicago 7 (2020), de Aaron Sorkin, y está desarrollando varios largometrajes, entre ellos Fraggle Rock.
Joseph también ha fundado y dirige hitRECord, una producción colaborativa abierta. hitRECord crea y desarrolla arte y medios de comunicación de forma colectiva a través de su página web, en la que cualquier persona con conexión a Internet puede subir sus discos, descargar y remezclar los de otros, y trabajar en proyectos juntos. Cuando los resultados de estos RECords se producen y obtienen beneficios, hitRECord reparte los beneficios al 50% entre todos los que han contribuido a la producción final. hitRECord ha publicado libros, ha sacado discos, ha salido de gira y ha proyectado su trabajo en los principales festivales, como Sundance y TIFF. El programa de variedades de media hora de duración, «Hit Record on TV with Joseph Gordon-Levitt», que incluye cortometrajes, actuaciones en directo, música, animación, conversaciones y mucho más, obtuvo un premio Emmy por Logro Creativo en Medios Interactivos – Experiencia de TV Social. El proyecto de hitRECord, «Band Together with Logic», es un especial de YouTube Originals de una hora de duración en el que el rapero Logic, nominado al Grammy, abre su proceso creativo como nunca antes lo había hecho, invitando al mundo a colaborar con él en una canción y un vídeo musical originales.
En 2016, la ACLU honró a Gordon-Levitt con su premio anual Bill of Rights por fomentar los esfuerzos en pro de la diversidad, promover la libertad de expresión, empoderar a las mujeres y apoyar de otro modo los derechos y libertades civiles de todos los estadounidenses.
