Joel Edgerton nació en Blacktown, en el estado de Nueva Gales del Sur. Antes de convertirse en actor profesional de teatro y cine, Edgerton estudió interpretación en la Nepean Drama School de Sidney, capital estatal situada en la costa oriental de Australia. El lanzamiento de su carrera cinematográfica vino a raíz de su trabajo en los filmes Star Wars: Episodio II - El ataque de los clones y Star Wars: Episodio III: La venganza de los Sith, donde interpretó al joven "Owen Lars", hermanastro de "Anakin Skywalker" y tío de "Luke Skywalker."
Más recientemente, Edgerton ha aparecido en Loving, película dirigida por Jeff Nichols por la que Joel fue nominado a un Globo de Oro en la categoría de mejor actor. Edgerton protagoniza junto a Ruth Negga, Michael Shannon y Nick Kroll este filme, que cuenta la historia real de una pareja que en 1958 fue condenada a prisión por las leyes del estado de Virginia contra el matrimonio interracial. Loving fue estrenada por Focus Features el 4 de noviembre de 2016.
Actualmente, Edgerton está inmerso en la producción del filme Bright, donde actúa junto a Will Smith y Noomi Rapace. La película está dirigida por David Ayer.
Edgerton también ha participado recientemente en la producción de la película de terror Llega de noche, dirigida por Trey Edward Shults. El filme, que Joel coprotagoniza junto a Riley Keough, narra la historia de un padre que no se detendrá ante nada para proteger a su esposa e hijo de una presencia malévola y misteriosa que les acecha justo en el umbral de la puerta de su casa. Además, Edgerton acaba de finalizar la producción de la película provisionalmente conocida como Untitled Nash Edgerton Project junto a Charlize Theron, Amanda Seyfried y Thandie Newton.
En enero de 2016, Edgerton coprotagonizó el western La venganza de Jane junto a Natalie Portman. Dirigido por Gavin O’Connor y estrenado por The Weinstein Company, el filme se centra en una mujer que le pide a su ex amante que la ayude a proteger a su marido de la banda de forajidos de la que antiguamente formaba parte ya que quieren matarle. En marzo de 2016, Edgerton apareció también en la película de Jeff Nichols Midnight Special, actuando junto a Michael Shannon y Kirsten Dunst. Contemporáneo filme de persecución inscrito en el género de la ciencia-ficción, Midnight Special es el último de la serie de trabajos en los que Joel ha participado con realizadores de primera línea. La película fue distribuida por Warner Brothers en asociación con eOne.
En septiembre de 2015, Edgerton actuó, junto a Johnny Depp, Benedict Cumberbatch y Dakota Johnson, en el thriller y drama de acción Black Mass: Estrictamente criminal, del director Scott Cooper. Película basada en el libro de 2001 escrito por Dick Lehr y Gerard O’Neill, revela la verdadera historia del tristemente famoso mafioso de la ciudad de South Boston Whitey Bulger, hermano de un senador del estado que se convirtió en informante del FBI para acabar con una familia rival que estaba invadiendo su territorio. Edgerton interpreta en el filme al amigo de Bulger desde la infancia, además de corrupto agente del FBI, "John Connolly". La película se estrenó mundialmente en la 72ª edición anual del Festival de Cine de Venecia y fue distribuida por Warner Bros. Black Mass: Estrictamente criminal se exhibió también en el Festival de Cine de Telluride, Colorado, y en el Festival Internacional de Cine de Toronto de 2015, además, Edgerton obtuvo en el Festival Internacional de Cine de Santa Bárbara el premio "Virtuoso", que reconoce las interpretaciones más destacadas.
Agosto de 2015 supuso el debut en la dirección cinematográfica de Edgerton con la película El regalo, protagonizada por Jason Bateman. Edgerton coprotagonizó junto a Bateman y Rebecca Hall esta historia que explora la relación de Bateman y Hall, una pareja que busca revigorizar su matrimonio trasladándose a una nueva ciudad, pero cuya vida se ve perturbada por la intromisión de un "amigo" del pasado. Edgerton escribió el guión y produjo el filme, y fue nominado al premio del Sindicato de Directores de Estados Unidos (DGA, por sus siglas en inglés) en la categoría de mejor dirección novel. El regalo fue distribuida por STX Entertainment.
En diciembre de 2014, Edgerton participó en la épica versión realizada por el director Ridley Scott sobre el relato bíblico Exodus: Dioses y reyes. Edgerton actuaba aquí junto al actor Christian Bale, interpretando ambos en pantalla, respectivamente, a "Ramsés" y "Moisés", que se habían criado prácticamente como hermanos. La película fue producida por 20th Century Fox. A principios de 2014, Edgerton apareció en el thriller psicológico El rastro del delito, que él mismo escribió, produjo y protagonizó. En este filme, Edgerton interpreta a un oficial de policía que atropella a un joven ciclista sacándole de la carretera, tras pasar la noche bebiendo en demasía celebrando los éxitos de su equipo, y que posteriormente miente sobre el accidente a sus propios compañeros. Este filme australiano se estrenó en el Festival Internacional de Cine de Toronto de 2013.
En 2013, Edgerton interpretó al personaje de "Tom Buchanan" en el remake dirigido por Baz Luhrmann de la película El gran Gatsby, que protagonizaron Leonardo DiCaprio y Carey Mulligan. Warner Brothers estrenó el 10 de mayo de 2013 este filme, basado en la célebre novela escrita por F. Scott Fitzgerald. Ese mismo año se proyectó también en el Festival de Cine de Cannes.
En diciembre de 2012, Edgerton tuvo un papel principal, junto a Jessica Chastain y Chris Pratt, en la película de la directora Kathryn Bigelow La noche más oscura. El filme narra la búsqueda y muerte definitiva de Osama Bin Laden a manos de las fuerzas especiales de los Estados Unidos en Pakistán, y fue candidata al Oscar a la mejor película en la 85ª edición anual de los Premios de la Academia. Joel apareció también en La extraña vida de Timothy Green, junto a Jennifer Garner, así como en el aclamado drama en torno al mundo de las artes marciales mixtas Warrior, junto a Nick Nolte y Tom Hardy, y la homónima precuela de la famosa película dirigida por John Carpenter La cosa, coprotagonizada por Mary Elizabeth Winstead.
En 2010, Edgerton protagonizó la película australiana Animal Kingdom, un potente drama de género policiaco que explora la intensa batalla que se libra entre una familia de delincuentes y la policía, así como las vidas de la gente corriente que se ve atrapada en medio. La película recibió el Premio del Jurado de la sección World Cinema en el Festival de Cine de Sundance de 2010 y también obtuvo el reconocimiento del Instituto de Cine Australiano (AFI, por sus siglas en inglés) con los premios "AFI Best Film" y "AFI Member’s Choice". Por este filme, Edgerton fue galardonado asimismo con el premio AFI en la categoría de mejor actor de reparto.
En 2008, pudimos ver a Edgerton en la película The Square, dirigida por su hermano Nash. Ese mismo año, Edgerton actuó en Acolytes, un filme australiano sobre unos adolescentes que deciden vengarse de un asesino en serie. En 2007, Edgerton apareció en el filme Hellion, el ángel caído, trabajando junto a Josh Holloway. También tuvo un significativo papel en la película norteamericana de 2006 Ases calientes.
En 2005, Edgerton coprotagonizó, junto a Chiwetel Ejiofor, la comedia británica Pisando fuerte, interpretando al hijo de un fallecido fabricante de zapatos que debe encontrar un nicho de mercado para el negocio familiar en pleno siglo XXI. Ese mismo año, Edgerton prestó su voz al personaje protagonista de Las misteriosas exploraciones geográficas de Jasper Morello, un cortometraje de animación que fue nominado al Premio de la Academia.
Fuera de la pantalla, Edgerton trabajó junto a Cate Blanchett dando vida al personaje de "Stanley" en la aclamada producción realizada en 2009 por la Sydney Theatre Company de Un tranvía llamado deseo. Edgerton y Blanchett agotaron también las entradas en su representación de la obra en el Kennedy Center en noviembre de 2009, a la que siguió otra temporada en la Brooklyn Academy of Music en diciembre de 2009. Edgerton ha aparecido en múltiples producciones teatrales, especialmente en producciones de The Sydney Theatre Company (Blackrock, Third World Blues y Love for Love) y de la compañía Bell Shakespeare (Enrique IV). En el ámbito de la televisión, Edgerton es conocido por haber interpretado el papel de "Will" en la serie australiana The Secret Life of Us, por la que fue nominado a un premio AFI.
En la actualidad, Edgerton reparte su tiempo entre Australia y Los Ángeles.