Джош Бролин вырос в Калифорнии. Его мать — первая жена знаменитого актёра Джеймса Бролина Джейн Камерон Эйджи. Джош — пасынок Барбры Стрейзанд.


Кинодебют Джоша Бролина состоялся в фильме по рассказу Стивена Спилберга «Балбесы» (1985). В последующие десятилетия Бролин сыграл большое количество ролей и вышел из тени своего именитого отца. Джош Бролин сыграл в фильмах: «Невидимка» Пола Верховена (2000) и «Мелинда и Мелинда» Вуди Аллена (2004), а также в главной роли в оскароносном фильме братьев Коэнов «Старикам здесь не место» (2007). За роль в фильме «Харви Милк» (2008) Бролин был номинирован на премию «Оскар» за лучшую мужскую роль второго плана.


В 1988—1992 гг. Бролин был женат на актрисе Элис Адэйр, позднее некоторое время его связывали близкие отношения с Минни Драйвер, а с 2004 по 2013 гг. был женат на актрисе Дайан Лэйн. У Джоша Бролина двое детей от первого брака — Эден и Тревор.

Номинант на премию «Оскар» в категории «Лучшая мужская роль второго плана» за роль Дэна Уайта в фильме «Харви Милк».