Pour Josh Hutcherson, être acteur est une évidence, qu'il exprime dès l'âge de quatre ans. Face à cette vocation précoce, ses parents déménagent du Kentucky vers Los Angeles. C'est là que leur fils passe ses premières auditions à l'âge de neuf ans. La télévision lui offre sa chance : il joue d'abord dans des courts métrages télévisés puis apparait dans deux séries à succès (Urgences et Division d'élite).

Josh Hutcherson décroche son premier rôle au cinéma dans American Splendor aux côtés de Paul Giamatti. Dans cette biographie filmée sur l'auteur de comics Harvey Pekar, il incarne Robin... l'ami de Batman. Mais c'est un tout autre genre de production qui lui vaut sa renommée naissante. Pour l'amour d'un chien, Un bateau de rêve, Match en famille, Camping car... L'acteur devient une valeur sûre du film familial, que se soit à la télévision ou au cinéma. A tel point qu'il est choisi en 2005 pour jouer dans Zathura, le blockbuster de Jon Favreau. Dans cette aventure spatiale, il croise notamment une certaine Kristen Stewart. Entre deux tournages, Hutcherson prête également sa voix à des dessins animées (Le Château ambulant, Le Pôle Express).

En 2007, le jeune comédien est à l'affiche du Secret de Terabithia. L'adaptation du roman éponyme est son premier grand succès public. Dans ce long métrage bien moins enfantin qu'il n'y parait, il incarne l'ami fidèle du personnage joué par AnnaSophia Robb. L'acteur enchaîne ensuite les productions d'aventure/fantastique. Il joue dans Voyage au centre de la Terre et sa suite Voyage au centre de la Terre 2 : L'île mystérieuse, deux divertissements en relief, librement inspirés de l’œuvre de Jules Verne. Toujours au rayon des adaptations, il participe au casting de L'Assistant du vampire, une tentative inaboutie de porter à l'écran la saga de Darren Shan.

Depuis 2010, le public découvre Josh Hutcherson dans des rôles plus dramatiques. Il joue ainsi dans l'émouvant Tout va bien, The Kids Are All Right, un drame au casting quatre étoiles (Julianne Moore, Annette Bening, Mark Ruffalo) salué par la critique. Engagé dans les Jeux de la Faim, il explose mondialement en 2012 avec l'adaptation cinématographique du best-seller Hunger Games. Josh obtient ainsi le rôle très convoité de Peeta Mellark, le tribut mâle du District 12, amoureux et concurrent de Katniss Everdeen (Jennifer Lawrence). Il reprend ce personnage dans Hunger Games - L'embrasement, Hunger Games - La Révolte : Partie 1 et  Partie 2.

Parallèlement à cette lucrative saga, on le retrouve à l’affiche de Paradise Lost, un thriller réalisé par Andrea Di Stefano qui met en scène le célèbre trafiquant Pablo Escobar (joué par Benicio Del Toro). On le voit ensuite tourner à plusieurs reprises sous la direction de James Franco (Les Insoumis, The Disaster Artist, The Long Home), puis prendre part aux thrillers Burn et 57 Seconds. En parallèle, il campe le héros de la série Future Man. En 2023, il revient au cinéma en jouant le personnage principal de l'horrifique Five Nights At Freddy's qui, compte tenu de son succès, donne lieu à une suite deux ans plus tard. Entre les deux, il campe le méchant de The Beekeeper, s’opposant ainsi à Jason Statham.