Josh Pence estudió en Dartmouth College, graduándose en 2004. Luego se mudó a la ciudad de Nueva York para trabajar con la eminente maestra de actuación Shelia Gray. Se mudó a Los Ángeles en 2007 para empezar su carrera en televisión y cine. Pence apareció en la película de 2010 La red social, en la que, además de interpretar el papel de Tyler Winklevoss, la cara de Hammer fue injertada en su cuerpo en la postproducción para crear la ilusión de gemelos idénticos. En 2012, Pence interpretó a un suboficial naval en la película Battleship: Batalla Naval y dio vida a un Ra's al Ghul en la película de Christopher Nolan Batman: El caballero de la noche asciende. También apareció en la película criminal de 2013 Fuerza antigángster como Daryl Gates y como Josh en La La Land: una historia de amor (2016). Pence es actualmente parte del elenco principal del spin-off de Freeform de The Fosters, Good Trouble.