Родился 12 февраля 1968 года в Лос-Анджелесе в семье известного американского актера театра и кино Джеймса Бролина и его первой супруги Джейн Эйджи. По стопам своего знаменитого отца мальчик пошел с детства: играл в школьных спектаклях, затем изучал актерское мастерство у Стеллы Адлер, самого известного театрального педагога Америки. Свою первую роль в кино он получил в 16 лет, снявшись в драме по сюжету Стивена Спилберга «Балбесы» (1985) о подростках-неудачниках, отправившихся на поиски сокровищ. Следом юный актер сыграл в подростковой драме «Столкновение» (1986) о скейтбордистах и с головой ушел в телевидение (фильмы «Тюрьма для детей» (1987), «Финишная черта» (1989), сериалы «Джамп стрит», «Частный сыщик», «Молодые наездники»). В 20 лет Джош женился на актрисе Элис Адэйр, которая за четыре года супружества подарила ему двоих детей.
К 29 годам актер имел в арсенале множество работ в различных жанрах, однако до сих пор у него не получалось засветиться в известных лентах у именитых режиссеров. В 1997-ом же он снялся в драме «Ночное дежурство» (1997) с Юэном МакГрегором. В 2000-м году 32-летний актер сыграл у Пола Верховена ведущую роль ученого в популярном триллере «Невидимка». Через четыре года Джошу удалось поработать с Вуди Алленом в драматической комедии «Мелинда и Мелинда» (2004). В том же году он женился во второй раз – на актрисе Дайан Лэйн.
Несмотря на обилие разноплановых ролей во вполне удачных картинах, для массового зрителя Джош оставался актером малоизвестным. Настоящим прорывом он обязан режиссерам братьям Коэн. Именно они утвердили 39-летнего Бролина на главную роль в свою ленту «Старикам тут не место» (2007), где его партнерами выступили Томми Ли Джонс и Хавьер Бардем. Джош сыграл немногословного охотника, который случайно ввязывается в войну между крупными наркодилерами и отчаянно борется со злом. Лента имела громкий успех у зрителей и выиграла в четырех номинациях на «Оскар», в том числе и как лучший фильм. Бролин молниеносно приобрел статус большой кинозвезды. Успех закрепило и то, что в том же триумфальном году актер исполнил роль зловещего доктора Блока в фильме культового режиссера Роберта Родригеса «Планета страха», а также сыграл коррумпированного детектива Трупо у режиссера Ридли Скотта в драме «Гангстер».
Следующий год оказался для 40-летнего Бролина еще более успешным. Он воплотил на экране образ непопулярного у избирателей президента США Джорджа Буша-младшего в картине Оливера Стоуна «Буш» (2008) и снялся у легендарного режиссера Гаса Ван Сента в другой драме-биографии, «Харви Милк», где Шон Пенн сыграл политика-гомосексуалиста, а Джош воплотил роль его убийцы, члена наблюдательного совета Дэна Уайта. Именно эта работа принесла ему номинацию на премию «Оскар». Впрочем, истинным признанием его профессионализма стал тот факт, что маститые режиссеры, с которыми он работал, продолжали заваливать его приглашениями в новые проекты. В 2010-ом он вновь появился у Оливера Стоуна в ленте «Уолл Стрит: Деньги не спят» вместе с Майклом Дугласом и Шайа ЛаБафом, у Вуди Аллена в драме «Ты встретишь таинственного незнакомца» с Антонио Бандерасом и Энтони Хопкинсом, и у братьев Коэн в драме «Железная хватка» с Джеффом Бриджесом и Мэттом Дэймоном. В 2012 году Бролин сыграл культового персонажа, агента Кей в молодости, в кассовом хите «Люди в черном 3».
«Люблю трудную работу, это делает меня счастливым», – признается актер.
