Titulaire d'un doctorat ès sciences, réalisé dans les domaines de la chimie organique et prébiotique, il fut chercheur enseignant au MIT et directeur des applications de la Recherche à l’institut Pasteur.
Élu « Personnalité de l’économie numérique 2012 » (par l’ACSEL) c'est une personnalité médiatisée, vulgarisateur scientifique en particulier de la théorie des systèmes (ou systémique), qui publie entre autres Le Macroscope (1975) et L'homme symbiotique (1995) et qui a animé la chronique scientifique Les Rendez-Vous du Futur sur Europe 1 de 1987 à 1995.
Il est conseiller de Bruno Maquart, le Président d'Universcience (Cité des sciences et de l'industrie et Palais de la découverte). Il a été conseiller du Premier ministre de la République de Maurice, Navin Ramgoolam, sur le développement durable de 2007 à 2014.
Descendant d’une famille de planteurs de l’île Maurice originaires de la région de Bourgogne en France, Joël de Rosnay vit à Paris depuis 1945. Il est le fils du peintre franco-mauricien Gaëtan de Rosnay (1912-1992) et de Natacha Koltchine (née à Saint-Pétersbourg en 1914, fuyant la Révolution russe et arrivée à Biarritz dans les années 1920, morte à Sens en 2005), et le frère de Zina Dotézac et d'Arnaud de Rosnay. Joël de Rosnay est marié à Stella Jebb, fille de Lord Gladwyn Jebb, ancien secrétaire général de l'ONU par intérim et ambassadeur britannique à Paris de 1954 à 1960. Il est le père de Tatiana de Rosnay, écrivain, de Cécilia de Vaucleroy, consultante et d'Alexis de Rosnay, directeur de société financière.