Fréderic Joliot se narodil 19. března 1900 v Paříži jako nejmladší ze šesti dětí obchodníka. Roku 1923 skončil Vysokou školu průmyslové fyziky a chemie v Paříži a za vynikající prospěch byl odměněn medailí Pierra Curieho. Na doporučení ředitele Paula Langevina nastoupil roku 1925 jako mimořádný asistent Marie Curieové, ředitelky Ústavu rádia. Zabýval se zde elektrochemií polonia. V Ústavu se seznámil s Iréne Curie a roku 1926 se s ní oženil.
Od roku 1930 se oba zabývali studiem záření, které vznikalo při bombardování berylia částicemi alfa. Následujícími pracemi změřili hmotnost neutronu.
Při ozařování hliníku zářením alfa objevili roku 1934 umělou radioaktivitu. Tak byl vytvořen první radioaktivní prvek uměle a poprvé byl v laboratorních podmínkách vytvořen pozitron.
Za objev umělé radioaktivity byli oceněni Švédskou královskou akademií v roce 1935 Nobelovou cenou za chemii.

Roku 1935 se Frédéric Joliot-Curie stal profesorem na Collége de France. Založil novou laboratoř jaderné chemie a vybavil ho prvním urychlovačem částic v Evropě.

Když koncem roku 1938 Otto Hahn se spolupracovníky dosáhli chemickou cestou štěpení uranu při ostřelování neutrony, Joliot-Curie krátce nato podal fyzikální vysvětlení této jaderné reakce.
Joliot-Curie spolu s H. Halbanem a L. Kowarským objevili, že při štěpení jádra vznikají dva až tři nové neutrony. Tím se otevřela cesta k uskutečnění řetězové štěpné reakce. Joliot-Curie se spolupracovníky se hned začal zabývat měřeními potřebnými pro konstrukci jaderného reaktoru. Předběžné výsledky uveřejnil začátkem roku 1939.

Po válce byl jmenován hlavním komisařem francouzského Komisariátu pro atomovou energii. V pevnosti Chatillon u Paříže byl pod jeho vedením uveden do provozu první francouzský jaderný reaktor.
Joliot-Curie se odmítl účastnit vývoje a výroby jaderných zbraní. Jeho antimilitaristické smýšlení a socialistické politické přesvědčení bylo důvodem, proč byl roku 1950 z funkce hlavního komisaře odvolán. Svůj život zasvětil nejen vědeckému bádání, ale i boji za zákaz jaderných zbraní. Jako první podepsal Stockholmskou výzvu proti atomové bombě a pracoval jako předseda Světové rady míru.

Po smrti své manželky Iréne nastoupil Fréderic už jako těžce nemocný na její místo ředitele Ústavu rádia a zároveň převzal její místo na Sorbonně.

Za dva roky nato, 14. srpna 1958 Fréderic Joliot-Curie zemřel v nemocnici Saint Antoine v Paříži.