Josué Apolônio de Castro nasceu em Recife (PE) no dia 5 de setembro de 1908, filho de Manuel Apolônio de Castro e de Josefa Barbosa de Castro. Em 1929 diplomou-se pela Faculdade de Medicina da Universidade do Rio de Janeiro, atual UFRJ.

Em 1932 tornou-se livre-docente de fisiologia da Faculdade de Medicina de Recife. Nessa época passou a concentrar-se nos problemas do Nordeste brasileiro. Em 1932, por intermédio do Departamento de Saúde Pública do Estado de Pernambuco, orientou a realização de pesquisa pioneira sobre a qualidade e o padrão de vida do operariado nordestino.

Escolhido em 1933 representante dos docentes na Congregação da Faculdade de Medicina de Recife, tornou-se chefe da Clínica de Doenças do Aparelho Digestivo e de Nutrição, subordinada à Brigada Militar do Estado de Pernambuco.

Prosseguindo sua atividade docente, de 1933 a 1935 foi professor catedrático da Faculdade de Filosofia e Ciências Sociais de Recife. Transferindo-se para o Rio de Janeiro, ainda em 1935, assumiu a cátedra de antropologia da Universidade do Distrito Federal UDF). Por essa época, embora não fosse filiado à Aliança Nacional Libertadora (ANL), teve vários artigos seus publicados em jornais ligados a essa organização.

Com a revolta comunista promovida pela ANL em novembro de 1935, foi extinta a UDF. Josué de Castro e outros professores foram em seguida incorporados à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras criada na Universidade do Rio de Janeiro, que em 1937 foi reorganizada sob a designação de Universidade do Brasil (UB). Em 1938 diplomou-se em filosofia por essa mesma faculdade. Por suas atividades como médico, nutricionista, professor, geógrafo e sociólogo, a partir do final da década de 1930 Josué de Castro passou a ser conhecido fora do Brasil.

Colaborando como técnico com o Estado Novo, instaurado por Getúlio Vargas em novembro de 1937, foi um dos organizadores e o primeiro diretor do Serviço de Alimentação da Previdência Social (Saps). Em 1940 fundou e passou a presidir, na cidade do Rio de Janeiro, a Sociedade Brasileira de Alimentação.

Em outubro de 1942 foi criado o Serviço Técnico de Alimentação Nacional (Stan), órgão da Coordenação da Mobilização Econômica, entidade destinada a articular os vários setores da economia nacional ante a situação criada pela Segunda Guerra Mundial. Nomeado chefe do novo serviço, Josué de Castro foi incumbido de levar a efeito a coordenação econômica no setor da alimentação. Em março de 1944 foi criado o Instituto Técnico de Alimentação (Ita), também subordinado à Coordenação da Mobilização Econômica. A direção do novo órgão coube igualmente a Josué de Castro.

Em 1948 publicou Geografia da fome e, três anos depois, Geopolítica da fome. Traduzidos em vários idiomas, ambos os livros tornaram-no internacionalmente consagrado pelo caráter pioneiro de seus estudos científicos sobre o problema da fome no Brasil e no mundo.

No início do segundo governo de Getúlio Vargas criou-se, em julho de 1951, a Comissão Nacional de Política Agrária. Em outubro seguinte, sob a presidência do ministro do Trabalho e a vice-presidência de Josué de Castro, constituiu-se a Comissão Nacional do Bem-Estar Social. No entanto, teve de deixar o Brasil ao ser eleito na mesma ocasião, para um período de quatro anos, presidente do conselho executivo da Organização para a Alimentação e a Agriculturam (Fao).

Em outubro de 1954 elegeu-se deputado federal por Pernambuco na legenda do Partido Trabalhista Brasileiro (PTB), assumindo seu mandato em fevereiro do ano seguinte, no governo de João Café Filho. Ainda em 1955 tornou-se vice-líder do PTB no mês de março e vice-líder da minoria em dezembro. Apoiando o governo do presidente Juscelino Kubitschek, foi membro ativo da Frente Parlamentar Nacionalista.

Tornando a candidatar-se em outubro de 1958, foi o deputado federal mais votado em todo o Nordeste. Logo após a deposição de Goulart pelo movimento político-militar de 31 de março de 1964, Josué de Castro teve suspensos seus direitos políticos pelo Ato Institucional nº 1 (AI-1). Em seguida foi também demitido do cargo de embaixador brasileiro junto aos organismos internacionais das Nações Unidas sediados em Genebra.

Radicado em Paris desde então, tornou-se professor associado do Centro Universitário de Vincennes e da Universidade de Paris. Foi ainda presidente do Comitê Mundial por uma Constituição dos Povos e vice-presidente da Associação Parlamentar Mundial. Professor e membro honorário de várias universidades estrangeiras e associações científicas, recebeu grande número de prêmios.

Casou-se com Glauce de Castro, com quem teve três filhos. Faleceu em Paris no dia 24 de setembro de 1974, tendo sido sepultado no Rio de Janeiro.