Joe Cole a appris à jouer au National Youth Theatre. Il a d'ailleurs commencé sa carrière au théâtre. C'est en 2010 dans un épisode de The Bill qu'il démarre sa carrière à la télévision, puis il continue avec les séries Holby City, Skins, ou encore The Hour. En 2012, il fait ses premiers pas au cinéma avec le film d'Ol Parker : Now is Good avec Jeremy Irvine et Dakota Fanning et Offender de Ron Scalpello. En 2013, il intègre le casting de Peaky Blinders aux côtés de Cillian Murphy, Tom Hardy, Helen McCrory. On retrouve l'acteur dans plusieurs films en 2014, notamment celui du français Pascal Chaumeil, intitulé Up and Down. En 2016, il est présent au casting d'Aux yeux de tous avec Julia Roberts, ainsi que Green Room aux côtés d'Anton Yelchin et Imogen Poots. L'année suivante il incarne le boxeur, Billy Moore dans le nouveau film de Jean-Stéphane Sauvaire, Une prière avant l'aube, il est également au casting de Woodshock et Thank You for Your Service avec Miles Teller et Haley Bennett. Il fait apparaît également dans un épisode de Black Mirror.