Josh Hartnett fut élevé à Saint-Paul dans le Minnesota avec ses deux frères, Jake et Joe, et sa soeur Jessica par leur père. Plus tard, il a poursuivi ses études à Purchase, dans l'État de New York. Dès son plus jeune âge, Josh possède déjà la passion de la grande toile. Par conséquent, il va entrer dans une école d'acteurs.
Son orientation politique se situe dans le parti démocrate puisqu'il a soutenu ouvertement John Kerry et son candidat à la vice-présidence John Edwards lors de la présidentielle de 2004, maintenant il soutient Barack Obama.
Sa carrière a commencé avec une série américaine, Cracker, série diffusée sur ABC et inédite en France.
Mais c'est en endossant l'uniforme de l'armée américaine dans de grosses productions qu'il sera véritablement révélé au grand public, pour son rôle aux côtés de
Ben Affleck et
Kate Beckinsale dans
Pearl Harbor (2001) de
Michael Bay, puis l'année suivante grâce à
La Chute du faucon noir de
Ridley Scott.
Le réalisateur de Hard Candy le dirige dans
30 jours de nuit. Il interprète ensuite un autiste dans Mozart and the Whale.
À la fin de l'année 2008, il prête son image pour la promotion du parfum Diamonds for Men d'Emporio Armani