Joaquin est le seul enfant de la famille Phoenix à ne pas porter un nom en relation avec la nature (comme ses aînés River et Rain, ainsi que sa cadette Summer). Frustré, l'acteur adopte le prénom de "Leaf" (feuille) pour l'abandonner dans les années 90. Son enfance est nomade, puisque ses parents, cueilleurs de fruits itinérants, parcourent le continent nord-américain dans une caravane et fréquentent la secte des Enfants de Dieu. Encouragé par sa famille, le comédien débute très tôt sa carrière d'acteur. A peine âgé de 8 ans, Joaquin apparaît dans la série TV Seven Brides for Seven Brothers aux côtés de son frère River et de Richard Dean Anderson, puis deux ans plus tard, dans un épisode de la série Arabesque. Il lui faut toutefois attendre 1987 pour tourner son premier long-métrage, Spacecamp. 

Fils de Dianne Wiest dans Portrait craché d'une famille modèle (1989) de Ron Howard, il se fait remarquer en incarnant le très influençable Jimmy, amoureux embobiné par Nicole Kidman dans Prête à tout (1995) de Gus Van Sant. Aimant composer des personnages marginaux et inquiétants, il se voit confier les rôles du fiancé violent de Claire Danes dans U-Turn (1997) d'Oliver Stone, d'un gérant de sex-shop dans le thriller 8mm (1999) et d'un ami peu recommandable dans The Yards (2000) qui marque sa première collaboration avec James Gray.

La même année, Phoenix se fond dans la peau de l'empereur honni Commode que Russell Crowe poursuit de son désir de vengeance dans Gladiator de Ridley Scott. Ce film lui permet de se faire connaître du grand public et lui offre la reconnaissance de la profession avec sa première nomination aux Oscars. Cette galerie de personnages pour le moins antipathiques ne l'empêche pas pour autant d'interpréter de véritables "héros" : frère renfermé et courageux de Mel Gibson aux prises avec les extraterrestres de Signes (2002) de M. Night Shyamalan, il s'aventure dans les bois environnant Le Village (2004) de nouveau pour le réalisateur d'origine indienne. Cette prestation toute en intériorité révèle une fois de plus les facettes du jeu de Phoenix, toujours très impliqué dans ses personnages jusqu'à se fondre en eux. Il reforme également un couple avec Claire Danes, cinq ans après U-Turn, dans It's All About Love du Danois Thomas Vinterberg.

En 2005, Joaquin apparaît brièvement dans Hotel Rwanda aux côtés de Don Cheadle et Nick Nolte. Mais c'est surtout son interprétation de Johnny Cash dans Walk the line, aux côtés de Reese Witherspoon, qui marque les esprits l'année suivante. Pour incarner le légendaire homme en noir, le comédien apprend à jouer de la guitare et interprète lui-même les chansons du film. Sa prestation lui vaut alors une nomination à l'Oscar du Meilleur Acteur et remporte le Golden Globe dans la même catégorie. Joaquin Phoenix retrouve ensuite le réalisateur James Gray, 8 ans après The Yards, pour La Nuit nous appartient où il incarne un patron de boîte de nuit au centre du conflit qui oppose la police de New York à la mafia russe dans les années 80. Le duo enchaîne en 2008 avec Two Lovers, un drame sur fond de triangle amoureux. Phoenix campe Leonard, un jeune homme réservé et solitaire partagé entre deux femmes, la discrète Vinessa Shaw et l'ardente Gwyneth Paltrow.

L'année qui suit, l'acteur fait sensation en annonçant sa retraite du monde du cinéma pour se consacrer à la musique. En réalité, il s'agit d'un buzz autour du faux documentaire que tourne Casey Affleck, I'm Still Here. Pendant un an, le frère de Ben Affleck suit le faux Phoenix censé être en dépression ; entre propos haineux envers le monde du show business, provocations et bagarres, le comédien se fond complètement dans ce faux lui-même jusqu'à grossir et se laisser pousser une longue barbe. Le canular fonctionne tellement bien que l'acteur commence à vraiment s'attirer les foudres du public et de la profession. Casey Affleck dévoile alors publiquement la supercherie afin de ne pas nuire à son projet.

Joaquin Phoenix ne prend donc pas sa retraite et tourne en 2012 sous la houlette du réalisateur de renom Paul Thomas Anderson pour The Master. Phoenix campe Freddie, un vétéran de la guerre alcoolique et dépressif qui tombe sous le joug d'un gourou de secte campé par Philip Seymour Hoffman. Sa performance lui vaut sa 3e nomination aux Oscars. Il retrouve le cinéaste deux ans plus tard pour Inherent Vice, une enquête policière imprégnée de l'atmosphère psychédélique des années 60 adaptée d'un roman de Thomas Pynchon.

Entre-temps, il tourne à nouveau sous la direction de son metteur en scène fétiche, James Gray, pour The Immigrant, sélectionné en compétition officielle à Cannes. Il y est un proxénète qui profite de la détresse d'une Polonaise (Marion Cotillard) fraîchement débarquée à New York avant de s'éprendre d'elle. Il se frotte également à la science-fiction dans Her de Spike Jonze où il tombe éperdument amoureux de la voix d'une intelligence artificielle doublée par Scarlett Johansson. En 2015, il ajoute à sa filmographie une nouvelle collaboration prestigieuse grâce à Woody Allen. Dans L'Homme irrationnel, il est un professeur de philosophie torturé et nihiliste qui reprend goût à la vie lorsqu'il décide de basculer dans le crime. 

Absent des écrans pendant deux ans, il fait un retour en force en 2017 avec A Beautiful Day, polar ultra-violent et esthétisant de Lynne Ramsay. Son interprétation habitée d'un vétéran reconverti en tueur à gages adepte du marteau lui vaut le Prix d'interprétation masculine au Festival de Cannes. Suit Marie Madeleine, drame dans lequel il n'est rien de moins que Jésus de Nazareth face à sa compagne à la ville, Rooney Mara. Il la retrouve dans son film suivant, Don't Worry, He Won't Get Far On Foot de Gus Van Sant, biopic consacré au caricaturiste quadraplégique et alcoolique John Callahan.

En 2018, l'acteur brille devant la caméra de Jacques Audiard dans le western Les Frères Sisters avant de se glisser sous le maquillage du Joker. Phoenix crève l'écran dans la peau du méchant emblématique DC Comics : sa performance torturée est saluée par le BAFTA, le Golden Globe et l'Oscar du meilleur acteur. Plébiscité par le public avec plus d'un milliard de dollars de recettes dans le monde, le film de Todd Phillips remporte le Lion d'Or au Festival de Venise.

Sans surprise, une suite, attendue pour 2024, est mise en chantier. Dans Joker: Folie à Deux, le marginal grimé sera cette fois accompagné de sa célèbre complice, Harley Quinn, jouée par Lady Gaga. Entretemps, on retrouve l'acteur dans un registre plus intimiste avec Nos âmes d'enfants, un récit d'apprentissage tourné dans un noir et blanc élégant ; puis dans l'hallucinante comédie surréaliste Beau Is Afraid d'Ari Aster, prodige du cinéma d'horreur. Plus de vingt ans après Gladiator, Joaquin Phoenix retrouve en 2023 Ridley Scott pour Napoléon, biopic consacré à l'empereur français.