Il naît en 1925 dans une famille immigrée israélienne, installée aux États-Unis en 1924. Alors que son père, Zvi Lederberg, aimerait que Joshua devienne comme luirabbin, celui-ci préfère s'engager dans des études scientifiques, et reçoitl'Introduction à la chimie physiologique deMeyer Bodansky pour sabar-mitzvah[4]. Élève à laStuyvesant High School, il suit des études de médecine à l'université Columbia, puis obtient undoctorat à l'université Yale en1947[3].
Étudiant la reproduction de la bactérieEscherichia coli, il découvre en 1947 que lesbactéries d'une même espèce peuvent échanger desgènes sans reproduction : c'est laconjugaison, échange réciproque degènes entre organismes unicellulaires sexuellement indifférenciés[5]. Cette découverte lui vaut de partager en 1958 leprix Nobel de médecine.
Il découvre ensuite, en 1951, par l'étude dessalmonelles, lesplasmides, des morceaux d'ADN présents dans les cellules bactériennes qui se répliquent de manière autonome, séparément de l'ADN chromosomique.
À partir de 1959, il enseigne à l’école de médecine de l'université Stanford.
Il démontre aussi, avecEsther Lederberg, que lesvirus peuvent transporter le matériel génétique d'une bactérie à une autre par l'intermédiaire d'unbactériophage et modifient ainsi l'hérédité de leur hôte. Il introduit le premier le terme d’exobiologie dans son article fondateurApproaches to life beyond the Earth.
De 1978 à 1990, il est le5e président de l'université Rockefeller de New York. À ce poste, il contribue au développement de cette université et fonde leUniversity Fellows Program. En 1990, il revient à la recherche comme professeur émérite[6].
(en)Biographie sur le site de lafondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — leNobel Lecture — qui détaille ses apports)