Joel Kinnaman syntyi ja kasvoi Tukholmassa. Hänen äitinsä on ruotsalainen ja isänsä yhdysvaltalainen entinen sotilas, joka päätyi Ruotsiin hylättyään asemapaikkansa Thaimaassa Vietnamin sodan aikana. Isästään johtuen Kinnaman on kaksikielinen ja hänellä on Ruotsin ja Yhdysvaltojen kaksoiskansalaisuus.[1] Kinnamanin sisarpuoli Melinda Kinnaman on myös näyttelijä.[2]
Kinnaman on seurustellut muun muassa näyttelijä Olivia Munnin kanssa vuosina 2012–2014. Hän oli naimisissa tatuoija Cleo Wattenströmin kanssa vuosina 2015–2018.[3] Tammikuussa 2021 Kinnaman kihlautui malliin Kelly Galeen.[4]