Josh Hartnett nació en San Francisco y se crió en Minneapolis, Minnesota. La primera vez que atrajo la atención del público fue en el papel de Michael 'Fitz' Fitzgerald, en la serie de televisión "Cracker". Debutó en el cine en 1998, co-protagonizando junto a Jamie Lee Curtis la película Halloween: H20 para Miramax. Ese mismo año, recibió una nominación a los MTV Movie Awards al Mejor Actor Revelación. También en 1998, Josh protagonizó The Faculty, dirigida por Robert Rodriguez, de nuevo para Miramax. En 1999 protagonizó junto a Kirsten Dunst la aplaudida comedia negra de Paramount Classics Las vírgenes suicidas, en el que fue el debut como directora de Sofia Coppola.
En 2001, Hartnett dio en el pleno al aparecer en tres largometrajes. Fue el antagonista en O (Laberinto envenenado), de Lionsgate, una adaptación moderna de "Othello". Su retrato del misterioso y peligroso Hugo le valió el aplauso unánime del público y la crítica. Más tarde, obtuvo un papel en la taquillera película de Jerry Bruckheimer Pearl Harbor. Seguidamente, se fue a Marruecos, donde protagonizaría Black Hawk Derribado, del director Ridley Scott, para Revolution Studios, producida, una vez más, por Jerry Bruckheimer. La película, basada en la novela homónima de no ficción de Mark Bowden (1999), narra la historia de una desventurada misión humanitaria de Estados Unidos en Somalia en 1993. En 2002, la National Association of Theater Owners otorgó a Hartnett el ShoWest 2002 Male Star of Tomorrow Award.
Hartnett participó también en la película de MGM Obsesión (Wicker Park), junto a Diane Kruger y Rose Byrne, del director Paul McGuigan, en Sin City (Miramax) del director Robert Rodriguez, y Crazy in love, una historia de amor entre dos personas que padecen el síndrome de Asperger, escrita por Ron Bass. En 2006, protagonizó El caso Slevin junto a Morgan Freeman y Bruce Willis para The Weinstein Company, además de protagonizar la película de Brian De Palma La Dalia Negra. Recientemente, ha protagonizado Resurrecting the Champ junto a Samuel L. Jackson, dirigida por Rod Lurie. Actualmente está rodando I Come with the Rain para el director Anh Hung Tran (El aroma de la papaya verde) en Hong Kong.
Entre algunos de sus créditos adicionales cabe destacar Hollywood: Departamento de Homicidios, 40 días y 40 noches, Blow Dry, Enredos de sociedad y Aquí en la tierra.
