Nato a Puerto Rico, Joaquin cresce con il padre John Bottom ex finitore di arredamenti e la madre Arlyn Dunetz, ex segretaria insoddisfatta. Nel 1979 la famiglia ha problemi finanziari ed i genitori vedono nei figli,dotati di talento, una possibile risorsa: incoraggiano tutti loro a recitare e li indirizzano ai concorsi per dilettanti.
La primissima esperienza professionale di Joaquin è nel 1982 in un episodio della serie televisiva "Sette spose per sette fratelli" nella quale il fratello River faceva parte del cast abituale.
Joaquin segue quindi le orme del fratello e ottiene un ruolo importante nel film "Space camp", cui segue "Parenti amici e tanti guai", che lo lancia come astro nascente. Una sera dell'ottobre del 1993, mentre si trova nel locale di Johnny Depp, assiste alla tragica morte del fratello River per overdose di cocaina ed eroina.
Torna sotto i riflettori solamente nel 1995, con l'interpretazione di Jimmy in "Da morire", che gli fa guadagnare ottime critiche e nel 1997 con "Innocenza infranta", film che non ha riscosso molto successo ai botteghini.
Successivamente lavora in "U-Turn" di Oliver Stone, "Il tempo di decidere", "Il sapore del sangue" e "8MM" che, anche se non è stato un grande successo di pubblico, ha segnalato che il talento di famiglia non era solo di River.
Nel 2000 Phoenix è l'Imperatore Commodo nel colossal "Il gladiatore", con il quale ha ottenuto le nomination come miglior attore non protagonista ai Golden Globe, allo Screen Actor's Guild, ai Bafta e agli Oscar.
Nel 2002 recita accanto a Mel Gibson nel film di fantascienza "Signs", e insieme a Sean Pann ne "La forza del destino". Nel 2004 ha recitato in tre pellicole: "Squadra 49", "The Village" e "Hotel Rwanda".
L'interpretazione di Johnny Cash in "Walk the line" (2006) di James Mangold accanto a Reese Witherspoon gli è valsa la candidatura all'Oscar.
E' protagonista del thriller "We own the night" (2007), del film drammatico "Reservation Road" (2007) e del film romantico "Two Lovers" (2008) di James Gray.