Giuseppe Maria Doria Pamphilj entstammte der Genueser AdelsfamilieDoria, die auch das Erbe der Familie Pamphilj angetreten hatte, aus welcher Papst Innozenz X. stammte. Er war der Bruder von Kardinal Antonio Doria Pamphilj und Onkel des Kardinals Giorgio Doria Pamphilj Landi. Er war der Sohn des Giovanni Andrea IV. Doria-Pamphilj und der Eleonora Carafa della Stadera.
Von 1772 bis 1773 wirkte er als Gesandter am spanischen Königshof. Am 6. September 1773 wurde er zum Apostolischen Nuntius in Frankreich berufen und erhielt zum 14. Februar 1785 die Erhebung zum Kardinalpriester von San Pietro in Vincoli. Am selben Tag wurde auch sein Bruder Antonio Doria Pamphilj zum Kardinal erhoben. Als Apostolischer Nuntius vollzog er eine Vielzahl an diplomatischen Missionen und stand Papst Pius VI. im Exil in Valence bis zu dessen Tod im Jahr 1799 zur Seite. Bereits seit März 1797 war er Kardinalstaatssekretär. Er nahm 1799 und 1800 am Konklave zur Wahl des Papstes Pius VII. teil und konsekrierte in seiner Amtszeit neunundzwanzig Bischöfe.
1799 wurde er von den Franzosen nach Genua deportiert. In der Folgezeit, nach der Rückkehr nach Rom, wurde er 1802 Kardinalpriester von Santa Cecilia in Trastevere, 1803 Kardinalbischof von Frascati und ab 1814 war er Kardinalbischof von Porto e Santa Rufina. Napoleon ließ ihn 1813 zum Gesandten für die Aushandlung des Konkordats von Fontainebleau berufen. Seine letzte Ruhestätte wurde die Titelkirche Santa Cecilia.