Джошуа Дэниел Хартнетт родился 21 июля 1978 года в Сан-Франциско, штат Калифорния. Его родители были хиппи, любившими свободную жизнь. Они развелись вскоре после рождения Джоша.

Детство Хартнетта прошло в городе Сент-Пол, штат Миннесота, где он жил с отцом, мачехой, младшей сестрой Джессикой и братьями Джейком и Джо.

В школьные годы Джош серьезно увлекался футболом, однако о спорте пришлось забыть после тяжелой травмы колена. Тогда он решил попробовать себя в качестве актера и с легкостью получил роль Гекльберри Финна в пьесе «Том Сойер», поставленной силами детского театра.

В 1996 году, после окончании школы, Джош отправился в Нью-Йорк, где поступил на актерский факультет колледжа при Нью-Йоркском университете. Однако проучился он всего лишь год, после чего с головой ушел в работу.

В феврале 1997 года Джош получил приглашение исполнить роль Майкла Фитца, сына главного героя, профессора психологии Джерри Фитцджеральда, в телесериале «Cracker» (в России сериал известен под названием «Доктор Фитц»). Кроме того, он начал активно сниматься в рекламных роликах.

Первой же заметной работой в кино для Джоша Хартнетта стала роль Джона Тэйта в фильме ужасов «Хэллоуин: 20 лет спустя» (1998). Картина привлекла к себе внимание зрителей и кинокритиков, а Джош был представлен на MTV Movie Awards в номинации «Лучший Прорыв».

В том же 1998 году известный режиссер Роберт Родригес пригласил Хартнетта в свой триллер «Факультет». Роль Зэка Тайлера в этом довольно жестоком и циничном фильме принесла Джошу немало новых поклонников.

Затем юного актера заметила режиссер София Коппола (дочь легендарного Фрэнсиса Форда Копполы), готовившаяся к съемкам довольно необычного фильма под названием «Девственницы-самоубийцы» (1999).

В 2001 году, после выхода военной драмы Майкла Бея и Джерри Брукхаймера «Перл Харбор», Джош Хартнетт получил всемирную известность. Фильм получил «Оскара» и множество других наград, а Джош Хартнетт, сыгравший одну из главных ролей, стал настоящей звездой.

Также в 2001 году с участием Джоша вышла еще одна военная драма - «Черный ястреб», в которой он сыграл американского солдата, участвующего в операции ООН в Сомали в 1993 году.

В 2002 году Джош примерил на себя новое амплуа, сыграв в романтической комедии режиссера Майкла Леманна «40 дней, 40 ночей».

По окончании съемок Джош неожиданно для всех покинул Голливуд на несколько месяцев. Ходили слухи о том, что он решил бросить актерскую карьеру. Однако на самом деле Джош просто хотел отдохнуть и поразмыслить о жизни. Затем, с новыми силами, он снялся в детективной комедии «Голливудские копы» (2003). В этом фильме партнером Хартнетта стал Харрисон Форд – знаменитый актер, которым Джош восхищался с детства.

В 2004 году с участием Хартнетта вышла кинокартина «Одержимость», в которой Джошу досталась роль молодого финансиста Мэтью, разыскивающего свою возлюбленную, исчезнувшую при таинственных обстоятельствах.

В 2005 году Хартнетт исполнил роль второго плана в криминальной драме Роберта Родригеза и Фрэнка Миллера «Город грехов», а также главную – в мелодраме «Без ума от любви».

В 2006 году Джош исполнил главную роль в фильме режиссера Пола МакГигана «Счастливое число Слевина», где вместе с ним также снялись Брюс Уиллис, Морган Фримен и Бен Кингсли. В том же году вышел триллер «Черная орхидея», где Джош появился вместе со Скарлетт Йохансон.

В 2007 году Хартнетт снялся в фильмах «Воскрешая чемпиона» и «30 дней ночи», а также начал работать над картинами «Август» и «Я пришел с дождем», премьеры которых состоялись в 2008 году и в 2009 году, соответственно.

В 2010 году Джош сыграл главную роль в триллере «Бунраку», а в 2011 году появился в двух драмах «Девушка входит в бар» и «Застрял между станциями».

В 2014 актер вместе с Тэмзин Эджертон появился в фэнтези драме «Вне времени», а вместе с Розарио Доусон в мелодраме «Одна миллиардная доля».

В 2015 году с участием Харнетта, Роберта Дювалля и Джеймса Франко вышла криминальная драма «Дикие лошади».