Родился 19 марта 1900 в Париже. В 1910 г. начал обучение в лицее Лаканаль, провинциальной школе-интернате. В 1917 он вернулся в Париж и стал студентом Эколь Примэр Сюперьер Лавуазье. В 1920 г. поступил в Высшую школу физики и прикладной химии в Париже и через три года окончил ее лучше всех в группе. В 1926 г. он женился на дочери Мари и Пьера Кюри, вместе они работали и воспитывали 2 детей. Жолио, получив степень лиценциата (равносильную степени магистра наук), продолжил свою работу и в 1930 г. был удостоен докторского звания за исследование электрохимических свойств радиоактивного элемента полония. В 1937 г. Жолио, продолжая работать в Институте радия, одновременно занял и должность профессора в Коллеж де франс в Париже. Здесь он создал исследовательский центр ядерной физики и химии и основал новую лабораторию, где отделы физики, химии и биологии могли работать в тесном сотрудничестве. Оставаясь в Париже в период оккупации, Жолио сохранил за собой посты в Институте радия и в Коллеж де Франс. Будучи активным членом движения Сопротивления, он использовал возможности своей лаборатории для изготовления взрывчатых веществ и радиоаппаратуры для борцов Сопротивления вплоть до 1944 г., когда ему самому пришлось скрываться. После освобождения Парижа Жолио был назначен директором Национального центра научных исследований, на него была возложена ответственность за восстановление научного потенциала страны. Смерть Ирен Жолио-Кюри в 1956 г. явилась для него тяжелым ударом. Став ее преемником на посту директора Института радия и заменив ее на преподавательской работе в Сорбонне, он взял на себя также контроль над строительством нового института в Орсе, к югу от Парижа. Однако организм ученого был ослаблен из-за перенесенного двумя годами ранее вирусного гепатита, и 14 августа 1958 г. Жолио скончался в Париже после операции, связанной с внутренним кровоизлиянием.
Он был младшим из шести детей в семье процветающего коммерсанта Нобелевскую премию получил в возрасте 35 лет Оба ребенка Ирен и Федерика Жолио-Кюри, Элен и Пьер, также являются уважаемыми учеными. Он любил играть на пианино, рисовать пейзажи и читать. В последние годы жизни посвящал много времени политическим проблемам. Жан Фредерик Жолио являлся членом Французской академии наук и Медицинской академии Франции, иностранным членом многих научных обществ. Жолио-Кюри является автором афоризмов «Правда путешествует без виз» и «Чем дальше эксперимент от теории, тем ближе он к Нобелевской премии».