Né en 1978 d’un père promoteur et d’une mère enseignante, Justin Bartha a grandi dans le Michigan. En 1996, il intègre la célèbre université « Meisner Extension » à New York, pour y étudier le cinéma. Il commence sa carrière comme assistant de production sur Mafia Blues, pour ensuite décrocher son premier rôle dans Tag, un court métrage sorti en 1999. En 2002, Justin Bartha joue un rôle important dans la comédie Amours troubles, aux côtés de Jennifer Lopez et Ben Affleck. Le film est un échec, mais la carrière de l’acteur prend tout de même son envol, puisqu’en 2004, il interprète le meilleur ami de de Nicolas Cage dans Benjamin Gates et le Trésor des Templiers, un succès au box office qui a donné lieu quatre ans plus tard à une suite tout aussi lucrative. L'acteur enchaîne avec de nombreux seconds rôles dans des comédies romantiques, comme Chassé-croisé à Manhattan (2006) aux côtés de Julianne Moore et David Duchovny, Playboy à saisir (2006) avec Sarah Jessica Parker et surtout Very Bad Trip (2009) aux côtés de Bradley Cooper, qui connaît un succès international considérable. La même année, il retrouve son complice dans le film collectif New York, I Love You, après avoir partagé l'affiche de Jusqu'à toi, avec l'actrice française Mélanie Laurent.