Joseph Gordon-Levitt urodził się 17 lutego 1981 roku w Los Angeles. Pochodzi z żydowskiej rodziny, jest synem Dennisa Levitta i Jane Gordon. Jako mały chłopiec występował w reklamach i szkolnych przedstawieniach teatralnych. W wieku sześciu lat wystąpił w produkowanym przez telewizję ABC westernie Obcy na mojej ziemi z Tommy'em Lee Jonesem i Terrym O'Quinem, wziął też udział w dwóch odcinkach serialu Family Ties z Michaelem J. Foxem. Na kinowym ekranie zadebiutował w komedii Beethoven. Następnie wystąpił u boku Brada Pitta i Toma Skerritta w dramacie Roberta Redforda Rzeka życia. Pierwszą nominację do nagrody otrzymał w 1995 roku za rolę Rogera Bommana w filmie familijnym Anioły na boisku.