Parfois crédité Joseph Russo, il ne faut pas le confondre avec les acteurs Joey Russo et Joseph Russo, lui aussi parfois crédité Joey Russo. Né en Ohio, Joe Russo fait ses débuts de scénariste, réalisateur, producteur et acteur au côté de son frère, Anthony Russo, dans la comédie Pieces (1997). Présentée au Festival de Slamdance et à l’American Institute Festival, elle lui permet de remporter le Prix du Meilleur Acteur.Steven Soderbergh remarque le talent des deux frères et leur propose d’écrire le scénario et de réaliser sa prochaine production, Bienvenue à Collinwood (2002). Joe Russo fait ensuite une incursion à la télévision en réalisant de multiples épisodes de séries comme Arrested Development, LAX, What about Brian, et crée la série dramatique Lucky en 2003. En 2006, il réalise son troisième long métrage avec la comédie Toi et moi… et Duprée dans lequel il dirige Owen Wilson. C'est ensuite à la télévision qu'il officie puisqu'il réalise des épisodes des séries Carpoolers (2007 - 2008), Community (2009 - 2011), Up all night (2011 - 2012) et Animal Practice (2012). Au cinéma, il faut attendre l'année 2014 pour le retrouver derrière la caméra, pour le film Captain America : le soldat de l'hiver. C'est alors Chris Evans, Scarlett Johansson, Samuel L. Jackson, Cobie Smulders et Anthony Mackie qu'il dirige.