Joseph Paxton wurde am 3. August 1803 in Milton Bryant, Bedfordshire, als siebtes Kind einer armen Bauernfamilie geboren. Nach dem Abschluss der Schule musste er auf dem Bauernhof eines älteren Bruders arbeiten. Er lief jedoch fort und gab sich für zwei Jahre älter aus, um eine Ausbildung zum Gärtner anfangen zu können.

1824 wurde Joseph Paxton Vorarbeiter des Arboretums (Pflanzung verschiedener Bäume zu Studienzwecken) von Chiswick, und zwei Jahre später machte ihn William Spencer Cavendish, der sechste Herzog von Devonshire, zum Obergärtner von Chatsworth. Trotz des Standesunterschieds entwickelte sich zwischen Joseph Paxton und dem Herzog eine freundschaftliche Beziehung. Und 1832 stieg Joseph Paxton zum Verwalter der herzoglichen Ländereien auf.

1827 heiratete Joseph Paxton die drei Jahre ältere Sarah Brown. Die beiden hatten acht Kinder.

Joseph Paxton errichtete Gewächshäuser (großes Gewächshaus, Victoria-Regia-Gewächshaus) in Chatsworth, legte ein Arboretum an und schuf 1844 einen 85 Meter hohen Brunnen (Emperor Fountain). Beim Bau von Gewächshäusern entwickelte er das „Ridge-and-furrow-System“. 1858 ließ er sich seine Konstruktion transportabler Gewächshäuser patentieren. Außerdem veröffentlichte er wissenschaftliche Werke.

Am meisten Aufsehen erregte Joseph Paxton mit dem Entwurf der Ausstellungshalle für die Weltausstellung 1851 in London, die als Kristallpalast in die Geschichte einging.

1854 wurde Sir Joseph Paxton ins Unterhaus gewählt.

Am 8. Juni 1865 starb Sir Joseph Paxton auf Rockhill bei Sydenham.

Die Figur Joseph Paxton in dem Roman „Miss Emily Paxton“ von Peter Prange weist zwar einige Übereinstimmungen mit der historischen Persönlichkeit auf, ist aber ansonsten frei erfunden.