Deuxième des trois enfants du couple d'écrivains américain Tabitha et Stephen King, Joseph Hillstrom King grandit à Bangor, dans le Maine. Alors qu'il a dix ans, en 1982, il apparaît dans le prologue et l'épilogue du film Creepshow, scénarisé par son père . Après ses études, il s'installe dans le New Hampshire où commence à écrire des nouvelles. Il adopte alors le nom de plume de Joe Hill, chanteur engagé en l'honneur de qui il a été prénommé, afin de pouvoir bâtir sa carrière sur ses seuls mérites sans qu'on puisse l'assimiler à son père. En 1999, il reçoit le prix du roman court A. E. Coppard pour sa nouvelle Mieux qu'à la maison et obtient que ce récit soit publié{{,}}. Durant les années suivantes, Joe Hill parvient à faire éditer des nouvelles dans différents magazines, tels que {{lang}}, {{lang}} et {{lang}}.
En 2004, il écrit la nouvelle Fils d'Abraham pour l'anthologie The Many Face of Van Helsing éditée par Jeanne Cavelos. Lors d'un dédicace pour cet ouvrage dans une librairie de Cambridge dans le Massachusetts, Joe Hill fait la connaissance de l'auteur Christopher Golden. Et quand, Hill publie en 2005 un recueil de nouvelles intitulé Fantômes - Histoires troubles, c'est Golden qui se charge de rédiger l'introduction de l'ouvrage. Le recueil obtient le prix Bram Stoker du meilleur recueil de nouvelles et le prix British Fantasy du meilleur recueil de nouvelles en 2006.
Son premier roman, Le Costume du mort, paraît en 2007. Il reçoit le prix Locus du meilleur premier roman 2008, le prix Bram Stoker du meilleur premier roman 2008 et atteint la {{8e}} place de la liste des best-sellers du New York Times. Peu après, il confirme publiquement son identité après qu'elle eut été révélée dans un article de Variety paru suite au succès rencontré par son roman.
Il scénarise également la série de comics Locke & Key, édité par IDW Publishing, et dont le premier numéro est épuisé dès le jour de sa parution, le {{date}}. En 2009, un roman court écrit par Joe Hill et Stephen King, Plein Gaz, est paru dans une anthologie dédiée à Richard Matheson, He Is Legend. Son deuxième roman, Cornes, paraît en 2010 et atteint la {{10e}} place de la liste des best-sellers du New York Times. Il est adapté au cinéma en 2014. Joe Hill écrit une deuxième nouvelle en collaboration avec son père, {{lang}}, en 2012. Son troisième roman, NOS4A2, est publié en 2013 et se classe à la {{5e}} place de la liste des best-sellers du New York Times.
Joe Hill a trois enfants de son mariage avec Leanora. Il divorce en 2013.