Joel Edward McHale est né à Rome en Italie d’une mère canadienne et d’un père américain. Elevé à Seattle, il termine le lycée en 1991 et participe dans le même temps au programme Youth Theatre Northwest, qui donne, à de jeunes adolescents, l’opportunité d’apprendre et de s’exprimer à travers l’art théâtral. Après l’obtention de son master d’actorat, il part tenter sa chance à Hollywood.

D’abord humoriste de stand-up, Joel McHale fait des apparitions récurrentes dans une émission à sketches, Almost Live!. Il bonifie ses atouts en présentant en 2004 The Soup, un programme satirique sur la pop culture, chaque semaine sur la chaîne E!. Il y décortique et caricature l’actualité des jours précédents.

Très vite, il remplit le rôle de guest-star dans des séries comme dans Will & Grace, Les Experts : Miami ou encore Pushing Daisies. À partir de l’année 2007, sa carrière aurait pu prendre une toute autre tournure, si le projet de remake US de The IT Crowd ne s’était pas arrêté au stade de simple pilote. Il y reprenait le personnage de Roy alors incarné par Chris O'Dowd dans la version originale britannique. Deux ans plus tard, il rejoint le casting de Community, une comédie de NBC dans laquelle il interprète Jeff, dragueur invétéré et avocat destitué de son faux diplôme. Il marque la série de sa présence par de longs discours permettant, la plupart du temps, de régler des situations souvent mal engagées.

Au cinéma, il joue un directeur de banque dans le Spider-Man 2 de Sam Raimi, avant de côtoyer Matt Damon dans The Informant ! en 2009, où il se glisse dans la peau de l’agent du FBI Robert Herndon. Avec ces deux rôles, sa carrière sur le grand écran est lancée et il apparaît dans pas moins de trois films en 2011 ((S)ex List , Spy Kids 4: All the Time in the World et The Big Year). L’année suivante, il interprète le Rex dans la comédie de Seth MacFarlane, Ted.