Joss Whedon lahir sebagai anak tengah dari lima bersaudara, dari keluarga yang kaya akan warisan penulisan. Ayahnya, Tom Whedon, dan kakeknya, John Whedon, adalah penulis televisi terkenal. Ibunya, Lee Stearns, adalah guru sejarah sekaligus penulis novel dengan nama pena Lee Whedon. Ia dibesarkan di New York dan menempuh pendidikan di Riverdale Country School serta Winchester College di Inggris, lalu lulus dari Wesleyan University dengan gelar film.

Setelah pindah ke Los Angeles, Whedon memulai karier sebagai penulis naskah TV di acara Roseanne. Ia kemudian menulis naskah untuk serial Parenthood. Ia juga mengembangkan naskah film yang menjadi film ikonik Buffy the Vampire Slayer (1992), namun tampilannya tidak sesuai harapan karena naskah aslinya banyak diubah. Ia kemudian meraih kredit penulis skenario untuk Alien: Resurrection (1997) dan Toy Story (1995), yang membuatnya nominasi Oscar. Ia juga berperan sebagai script doctor di berbagai film, termasuk Speed.

Pada tahun 1997, Whedon mendapatkan peluang untuk menghidupkan kembali karakter Buffy dalam serial TV Buffy the Vampire Slayer di The WB Network. Kali ini, sebagai showrunner dan produser eksekutif, ia memiliki kendali penuh atas karya tersebut. Serial ini menjadi hits baik secara kritik maupun penonton, berlangsung beberapa musim, dan di musim terakhir di UPN. Ia juga memproduksi serial spin-off Angel. Selanjutnya, ia memulai serial Firefly yang mendapatkan pengikut cult dan dirilis sebagai film Serenity (2005).

Selain di televisi, Whedon menulis komik, mengembangkan Dollhouse, dan menciptakan naskah untuk film Marvel The Avengers (2012), yang menjadi blockbuster dunia.