Joseph Biroc ging aan de slag bij een filmmaatschappij als administratief bediende. Door zijn gedrevenheid en interesse in het medium klom hij op tot assistent van filmmaker George Folsey. Hij vervulde zijn dienstplicht tijdens de Tweede Wereldoorlog als kapitein bij de verbindingstroepen. Daarenboven was hij de eerste cineast die de bevrijding van Parijs filmde voor het Army Signal Corps. In 1946 nam hij samen met collega Joseph Walker It's a Wonderful Life op. Biroc werkte regelmatig samen met Samuel Fuller en Robert Aldrich.

Na de oorlog werd hij zelfstandig cameraman, in 1952 nam hij de eerste 3D-film op die in Hollywood werd gemaakt: Banana Devil.  In de jaren '60 en '70 nam hij verschillende films op voor regisseur Robert Aldrich waaronder The Killing of Sister George en The Grissom Gang.
Hij heeft ook voor televisie gewerkt en leverde een bijdrage aan Washington Behind Closed Doors. Biroc was de eerste die een tv-programma filmde op film in plaats van gebruik te maken van het gebruikelijke kinescope-proces.  Voor Brian's Song (1971) kreeg hij een Emmy.

In 1989 kreeg hij een lifetime achievement award van de American Society of Cinematographers.

Hij wordt soms ook vermeld als Joseph E. Biroc of Joe Biroc.