ג'וזף פריסטלי נולד ב-1733 בכפר באזור יורקשייר באנגליה. הוא היה הבכור מבין ששת ילדיו של יונס, יצרן צמר. כדי להקל על אמו, נשלח, בגיל שנה, לבית סבו. לאחר פטירתה, בגיל שש, חזר לבית אביו. בגיל תשע נישא אביו בשנית, והוא אומץ על ידי אחות אביו.
בגיל 22 החל לנהל קהילה בכנסייה בנידהם (Nidham), אך עזב אחרי 3 שנים. כעבור שלוש שנים פתח בית-ספר בננטטוויץ (Nantwitch) שבצ'שייר. היו לו 30 תלמידים ו-6 תלמידות, והוא לימד אותם בשיטות חדשניות. הוא כתב ספרי דקדוק, עודד כתיבה יוצרת ואף לימד ניסויים במדע.
בגיל 29 נישא לאחות של תלמידו, בתו של בעל מכרות ברזל עשיר. אחרי שנה החל לעסוק בהוראת שפות באקדמיה בוורינגטון, שם החל לפרוח בחברת צעירים אינטלקטואלים נוספים. הוא האמין בחופש בחינוך ובפוליטיקה, ועודד את תלמידיו לשאול שאלות. הוא פיתח את לימודי ההיסטוריה, הדקדוק, החוק, הכלכלה ומדע המדינה - מאה שנה לפני שנכנסו לתוכניות הלימודים באנגליה. הוא גם תמך ברעיון הנהגת חינוך חינם לכל האנגלים.
ב-1767, אחרי הולדת שני ילדיו, נקלע לקשיים כספיים כמורה, וחזר לנהל כנסייה בלידס. אז החל לעסוק בשכנוע, כתיבה והרצאות על ישו כאדם, ניהול כנסיות בצורה דמוקרטית על ידי אנשים פשוטים, ועוד. בתקופה זו ספג ביקורת חריפה מאנשי כמורהקתולים כמו גם מחילונים.
בתקופה זו המשיך פריסטלי לעסוק במדע, והתעניין בגזים ובאוויר. הוא הצליח לאסוף את הגז ממבשלת בירה סמוכה לדירתו, להמס אותו במים וליצור משקה מוגז טעים, שטען שהוא יעיל גם נגד מחלת הצפדינה. כך המציא את המשקאות המוגזים.
בהמשך קיבל תפקיד כמורה, ספרן ומלווה לרוזן משלבורן. בתקופה זו המשיך לערוך ניסויים, ללמוד ולהיפגש עם פילוסופים בלונדון. ב-1774–1777 פרסם את ששת הכרכים של ספרו "ניסויים ותצפיות בסוגים שונים של אוויר", אותו הקדיש לדוכס.
כשלא מצא מי שיצייר את מכשיריו, למד לצייר בפרספקטיבה בעצמו, ואף כתב על כך ספר. זה גם הביא אותו לכתוב וללמוד על "הראייה, האור והצבע". בכתביו תיאר את כל מה שחווה בדיוק בחושים, את הצלחותיו וכישלונותיו לפרטים, כמו למשל כשניסה לשמר בשר בעזרת תחמוצת חנקן, ולאכלו אחרי חצי שנה.
ב-1774 נפגש פריסטלי בצרפת עם לבואזיה, כשליווה את אדונו, שם כנראה נתן ללבואזיה את הרעיון על קיומו של גז המועיל לנשימה, שלבואזיה העניק לו את השם חמצן וערך בו ניסויים רבים. הוא בילה גם זמן רב עם ידידו בנג'מין פרנקלין, ועודד אותו לכתוב ספר על תופעות חשמל. לאורך חייו המקצועיים עד יומו האחרון תמך פריסטלי בתורת הפלוגיסטון. בשל כך היה שרוי בוויכוח מתמיד עם לבואזיה אשר הוביל את המהפיכה הכימית לפיה תהליכי השרפה נובעים מתהליכי חימצון[1]. פרסטלי הדגיש את הגישה הניסויית בכימיה, גישה שפותחה על ידי פרנסיס בייקון בעוד שלבואזיה דבק בגישה התיאורית המחפשת מסגרת המאחדת את כל המושגים תחת פרדיגמה אחת מבית מדרשו של רנה דקארט.
לצד גישתו המדעית ביחס לחקר הגזים אימץ פרסטלי גישה חברתית, שעלתה בקנה אחד עם הגישה המדעית. לפי תפיסתו בני המעמדות הנמוכים, שמהם הגיע, התנגדו להיררכיה הכנסייתית, והעדיפו גישה המדגישה את חשיבות פועלו של האדם ואחריותו לקשרים עם האל ועם החברה[1]. בדרך דומה העריך פריסטלי כי חלקיקי החומר הם בעלי מהות כמעט רוחנית. לדעתו חלקיקי החומר אינם פסיביים וטבועים בהם כוחות שהם מפעילים זה על זה. גישתו הפוליטית של פרסטלי הובילה אותו לתמוך בכוחות שקידמו את המהפכה הצרפתית. תמיכה זו עוררה התנגדות בארצו והוא נאלץ להגר לארצות הברית, שבה בילה את העשור האחרון לחייו. פריסטלי זכה לקבלת פנים אוהדת בארצות הברית והוצע לו לכהן כפרופסור לכימיה באוניברסיטת פנסילבניה. אך, הוא העדיף להתגורר בסביבה כפרית. בחירתו של תומאס ג'פרסון, שהיה אחד ממעריציו, לנשיא ארצות הברית אפשרה לפרסטלי לסיים את חייו בסביבה אוהדת ותומכת.
