Joel Edgerton est né à Blacktown, Sydney, d'une mère au foyer et d'un père promoteur immobilier. Son frère Nash Edgerton est un cascadeur et réalisateur de films. Il a été diplômé de la Hills Grammar School en 1991 avant d'étudier à la Drama School Nepean de l'université occidentale de Sydney. Il monte ensuite sur les planches, notamment à la Sydney Theatre Company.
Aux États-Unis, il apparaît en 2010 aux côtés de Tom Hardy dans Warrior, avant d'obtenir le rôle du chef d'escouade donnant l'assaut final de la maison où se cachait Ben Laden dans Zero Dark Thirty (2013), son frère faisant également partie du commando. Il obtient la reconnaissance de l'industrie cinématographique américaine après son rôle de Tom Buchanan dans Gatsby le Magnifique la même année, réalisé par l'Australien Baz Luhrmann et face à Leonardo DiCaprio. Toujours en 2013, Edgerton écrit le scénario de Felony, réalisé par Matthew Saville, et où il occupe aussi le rôle principal, ainsi que le scénario de The Rover avec David Michôd.
Danièle Parra, « La force tranquille. Joel Edgerton est un acteur australien dont le charisme éclaire la moindre de ses apparitions », Télécâble Sat Hebdo N° 1415, SETC, Saint-Cloud, p.24, (ISSN1280-6617)