Nascido em Massachusetts, Joe Keery, apaixonado pelo mundo do entretenimento desde a infância, cresceu em Newburyport cercado por seus pais e suas quatro irmãs. A conselho de seu mais velho, ele se matriculou no programa de teatro em sua universidade. Depois de se formar, Keery fez mais de cem testes sem sucesso, contentando-se com aparições em comerciais para KFC, Domino's e Amiibo. Enquanto espera, o jovem se concentra na música e em sua banda de rock psicodélico, Post Animal, cujo primeiro álbum foi lançado em outubro de 2015. Nesse mesmo ano, e depois de obter alguns papéis pontuais em séries como Sirens, Chicago Fire e Empire, o diretor Stephen Cone o oferece para filmar em seu longa-metragem: Harry Gamble's Birthday Party, onde interpreta um adolescente lutando contra o estilo de vida muito rigoroso imposto por seus pais.

Foi em 2016 que sua carreira decolou, quando decidiu se candidatar para interpretar Jonathan Byers na nova série de fantasia da Netflix, Stranger Things, para interpretar o personagem de Steve Harrington, um estudante de ensino médio temperamental e corajoso. Recorrente no início, Joe Keery foi promovido a regular nas temporadas seguintes. O sucesso da série rapidamente lhe abriu as portas do cinema. Apostador impetuoso e caluniador ao lado de Jessica Chastain em A Grande Jogada em 2018 e em 2021 compartilha o pôster com Ryan Reynolds em Free Guy, a nova comédia de ação de Shawn Levy.