Джозеф — младший из двух детей в семье Денниса Левитта и Джейн Гордон.
Джозеф вырос в еврейской семье.
Джозеф — внук режиссера Майкла Гордона.
15 августа 2015 года у Джозефа Гордона-Левитта и его супруги Таши МакКоли родился сын.
Учился в Колумбийском университете.