Joseph Leonard Gordon-Levitt s-a născut la 17 februarie 1981 în Los Angeles, California, din Jane Gordon și Dennis Levitt. Joseph a fost crescut într-o familie evreiască alături de regretatul său frate mai mare, Dan Gordon-Levitt, care a decedat în octombrie 2010. Părinții săi au lucrat pentru postul de radio Pacifica Radio KPFK-FM, iar bunicul său matern, Michael Gordon, a fost un cunoscut regizor de film. Joseph a devenit cunoscut pentru prima dată datorită rolului său principal din serialul de comedie premiat de NBC 3rd Rock from the Sun (1996). În timpul celor șase sezoane petrecute în serial, a câștigat două premii YoungStar și a împărțit, de asemenea, trei nominalizări la Screen Actors Guild Award® pentru „Outstanding Performance by a Comedy Series Ensemble”.
Înainte de succesul său la televiziune, Joseph lucrase deja în mod constant în filme de lungmetraj. La începutul carierei sale, a câștigat un Young Artist Award pentru primul său rol important, în drama lui Robert Redford, A River Runs Through It (1992). În anii 1990, a jucat, de asemenea, în filmele Angels in the Outfield (1994), The Juror (1996), Halloween H20: 20 Years Later (1998), o continuare de slasher bine recenzată, și 10 Things I Hate About You (1999), alături de Heath Ledger, care a devenit un clasic al comediei pentru adolescenți.
După ce a lucrat la 3rd Rock, Joseph și-a luat o pauză de la actorie pentru a urma cursurile Universității Columbia. La începutul anilor 2000, el a ieșit din tiparul rolurilor secundare de comedie de la televiziune și film, apărând într-o serie de roluri dramatice intense, majoritatea în filme mici, independente, cum ar fi Manic (2001), cu Don Cheadle; Mysterious Skin (2004), pentru scriitorul/regizorul Gregg Araki; debutul premiat al lui Rian Johnson, thrillerul dramatic Brick (2005) (2005); Shadowboxer (2005), de Lee Daniels; drama polițistă The Lookout (2007), care a marcat debutul regizoral al lui Scott Frank; Killshot (2008), de John Madden, cu Diane Lane și Mickey Rourke; filmul lui Spike Lee din Al Doilea Război Mondial Miracle at St. Anna (2008); și controversata dramă Stop-Loss (2008), în care a jucat alături de Ryan Phillippe, în regia lui Kimberly Peirce. Până în 2009, Joseph s-a impus oficial ca unul din noua generație de actori principali cu rolul său nominalizat la Globul de Aur în comedia-dramă 500 Days of Summer (2009) a lui Marc Webb, în care joacă și Zooey Deschanel , pentru care a primit nominalizări la Globul de Aur, Independent Spirit Award și People’s Choice Award. De asemenea, a adaptat povestirea lui Elmore Leonard Sparks (2009) într-un scurtmetraj de 24 de minute pe care l-a regizat și care a fost proiectat la Festivalul de Film Sundance.
Începând noul deceniu, a fost capul de afiș al dramei indie Hesher (2010) și s-a impus ca star de acțiune în filmul Inception (2010) al lui Christopher Nolan, în care au mai jucat Leonardo DiCaprio, Marion Cotillard și Ellen Page. Echilibrând atât filmele independente, cât și cele de la Hollywood, Joseph a obținut o altă nominalizare la Globul de Aur pentru drama despre cancer 50/50 (2011), regizată de Jonathan Levine și care îi are în distribuție și pe Seth Rogen, Anna Kendrick și Bryce Dallas Howard. A lucrat din nou cu regizorul Nolan la The Dark Knight Rises (2012), al treilea și ultimul episod din seria Batman a regizorului, pentru care a primit o nominalizare la People’s Choice Award pentru Actorul de film preferat; și a obținut roluri principale atât în Premium Rush (2012), regizat de David Koepp, cât și în Looper (2012), reunindu-se cu regizorul său Brick, Rian Johnson, alături de Bruce Willis și Emily Blunt. Încheind anul, l-a interpretat pe Robert, fiul lui Abraham Lincoln, în filmul Lincoln (2012), al lui Steven Spielberg, nominalizat la Oscar, alături de Daniel Day-Lewis și Sally Field.
În 2013, Gordon-Levitt a jucat în debutul său regizoral în lungmetraj, aclamat de critici, Don Jon (2013), după un scenariu scris de el, alături de Scarlett Johansson și Julianne Moore. El a fost nominalizat la premiul Independent Spirit Award pentru „Cel mai bun prim scenariu” pentru acest film. De asemenea, a dat vocea lui Jiro Horikoshi în versiunea în limba engleză din 2014 a filmului de animație The Wind Rises (2013) al lui Hayao Miyazaki, nominalizat la Oscar, și a apărut în filmul lui Robert Rodriguez și Frank Miller, Sin City al lui Frank Miller: A Dame to Kill For (2014), în care l-a interpretat pe Johnny, un personaj creat de Miller pentru acest film. În 2015, a jucat în filmul The Walk (2015), regizat de Robert Zemeckis, în care l-a interpretat pe Philippe Pettit, iar în 2016 a fost capul de afiș al filmului Snowden (2016) al lui Oliver Stone.
Joseph a finalizat producția filmului Project Power (2020), filmul SF al lui Henry Joost/Ariel Schulman pentru Netflix, în care joacă alături de Jamie Foxx, și a filmului independent thriller 7500 (2019), scris și regizat de Patrick Vollarth. Printre alte proiecte ale sale, va juca rolul avocatului Richard Schultz în filmul The Trial of the Chicago 7 (2020), de Aaron Sorkin, și se află în curs de dezvoltare pentru o varietate de filme de lung metraj, inclusiv Fraggle Rock.
Joseph a fondat și conduce, de asemenea, hitRECord, o producție colaborativă deschisă. hitRECord creează și dezvoltă artă și media în mod colectiv, folosind site-ul lor web, unde oricine cu o conexiune la internet poate să își încarce înregistrările, să descarce și să remixeze înregistrările altora și să lucreze împreună la proiecte. Atunci când rezultatele acestor RECords sunt produse și aduc profit, hitRECord împarte profitul în proporție de 50/50 cu toți cei care au contribuit la producția finală. hitRECord a publicat cărți, a scos discuri, a plecat în turneu și și-a prezentat lucrările la festivaluri importante, inclusiv Sundance și TIFF. Programul de varietăți de o jumătate de oră, „HitRecord la TV cu Joseph Gordon-Levitt”, care include scurtmetraje, spectacole live, muzică, animație, conversații și multe altele, a fost distins cu un premiu Emmy pentru realizare creativă în media interactivă – Experiență TV socială. Proiectul hitRECord, „Band Together with Logic”, este o emisiune specială de o oră de pe YouTube Originals, în care rapperul Logic, nominalizat la Grammy, își deschide procesul de creație așa cum nu a mai făcut-o niciodată, invitând lumea să colaboreze cu el la un cântec și un videoclip original.
În 2016, ACLU l-a onorat pe Gordon-Levitt cu premiul anual Bill of Rights Award pentru promovarea eforturilor de promovare a diversității, promovarea libertății de exprimare, împuternicirea femeilor și susținerea în alt mod a drepturilor și libertăților civile pentru toți americanii.
