Joseph Mallord William Turner nació el 23 de abril de 1775 y fue bautizado el 14 de mayo. Nació en Maiden Lane, Covent Garden, en Londres. Su padre era barbero y fabricante de pelucas. Su madre, Mary Marshall, provenía de una familia de carniceros. Una hermana menor, Mary Ann, nació en septiembre de 1778 pero murió en agosto de 1783.
La madre de Turner mostró signos de trastorno mental a partir de 1785 y fue internada en el Hospital de St Luke para Lunáticos en Old Street en 1799. En 1800 fue trasladada al Hospital Bethlem, un asilo psiquiátrico, donde murió en 1804. Turner fue enviado con su tío materno, Joseph Mallord William Marshall, un carnicero en Brentford, entonces una pequeña ciudad a orillas del río Támesis al oeste de Londres, donde Turner asistió a la escuela. El ejercicio artístico más antiguo conocido de Turner data de este período: una serie de coloreados simples de placas grabadas de la obra de Henry Boswell "Vista pintoresca de las antigüedades de Inglaterra y Gales".
Alrededor de 1786, Turner fue enviado a Margate, en la costa noreste de Kent. Allí produjo una serie de dibujos de la ciudad y sus alrededores que prefiguraban su trabajo posterior. Para entonces, los dibujos de Turner se exhibían en la ventana de la tienda de su padre y se vendían por unos pocos chelines. Su padre le presumió al artista Thomas Stothard que: "Mi hijo, señor, va a ser pintor". En 1789, Turner se quedó nuevamente con su tío, quien se había retirado a Sunningwell (ahora parte de Oxfordshire). Sobrevive un cuaderno completo de trabajos de esta época en Berkshire, así como una acuarela de Oxford. El uso de bocetos a lápiz en el lugar, como base para pinturas terminadas posteriormente, constituyó la esencia del estilo de trabajo de Turner durante toda su carrera.
Muchos de los primeros bocetos de Turner fueron estudios arquitectónicos o ejercicios de perspectiva, y se sabe que, siendo joven, trabajó para varios arquitectos, incluidos Thomas Hardwick, James Wyatt y Joseph Bonomi el Viejo. A finales de 1789, también comenzó a estudiar con el dibujante topográfico Thomas Malton, especializado en vistas de Londres. Turner aprendió de él los trucos básicos del oficio, copiando y coloreando impresiones de contornos de castillos y abadías británicas. Más tarde llamaría a Malton "Mi verdadero maestro". La topografía era una industria próspera mediante la cual un joven artista podía financiar sus estudios.
Turner ingresó en la Real Academia de Arte en 1789, a los 14 años, y fue aceptado en la academia un año después por Sir Joshua Reynolds. Mostró un interés temprano por la arquitectura, pero Hardwick le aconsejó que se enfocara en la pintura. Su primera acuarela, "Una vista del Palacio del Arzobispo, Lambeth", fue aceptada para la exposición de verano de la Real Academia de 1790, cuando Turner tenía 15 años.
Como aprendiz en la academia, a Turner se le enseñó a dibujar a partir de moldes de yeso de esculturas antiguas. Desde julio de 1790 hasta octubre de 1793, su nombre aparece en el registro de la academia más de cien veces. En junio de 1792, fue admitido en la clase de dibujo del natural para aprender a dibujar el cuerpo humano a partir de modelos desnudos. Turner exponía acuarelas cada año en la academia mientras pintaba en invierno y viajaba en verano por toda Gran Bretaña, particularmente a Gales, donde producía una amplia gama de bocetos para transformarlos en estudios y acuarelas. Estos se centraban especialmente en trabajos arquitectónicos, que aprovechaban sus habilidades como dibujante. En 1793, presentó la acuarela titulada El temporal creciente – Hot Wells desde la roca de San Vicente, Bristol (ahora perdida), que anticipaba sus posteriores efectos climáticos. El escritor británico Peter Cunningham, en su obituario de Turner, escribió que fue: "reconocida por unos pocos sabios como un noble intento de elevar el arte del paisaje por encima de las insipideces monótonas... [y] evidenció por primera vez ese dominio del efecto por el que ahora es justamente celebrado".
En 1796, Turner expuso "Pescadores en el mar", su primera pintura al óleo para la academia, que retrataba una escena nocturna iluminada por la luna de las Needles frente a la Isla de Wight, una imagen de barcos en peligro. Wilton dijo que la imagen era "un resumen de todo lo que habían dicho sobre el mar los artistas del siglo XVIII" y muestra una fuerte influencia de artistas como Claude Joseph Vernet, Philip James de Loutherbourg, Peter Monamy y Francis Swaine, quien era admirado por sus pinturas marinas a la luz de la luna. La imagen fue elogiada por los críticos contemporáneos y estableció la reputación de Turner tanto como pintor al óleo como pintor de escenas marítimas.
Turner viajó ampliamente por Europa, comenzando por Francia y Suiza en 1802, y estudiando en el Louvre en París ese mismo año. Realizó numerosas visitas a Venecia. Un apoyo importante para su trabajo vino de Walter Ramsden Fawkes, de Farnley Hall, cerca de Otley en Yorkshire, quien se convirtió en un amigo cercano del artista. Turner visitó Otley por primera vez en 1797, a los 22 años, cuando recibió el encargo de pintar acuarelas de la zona. Se sintió tan atraído por Otley y sus alrededores que regresó a lo largo de su carrera. Se dice que el fondo tormentoso de "Tormenta de nieve: Aníbal y su ejército cruzando los Alpes" fue inspirado por una tormenta sobre el Chevin en Otley mientras se hospedaba en Farnley Hall.
Turner fue un invitado frecuente de George Wyndham, tercer conde de Egremont, en Petworth House en West Sussex, y pintó escenas financiadas por Egremont tomadas de los terrenos de la casa y del paisaje de Sussex, incluyendo una "Vista del Canal de Chichester". En Petworth House aún exhibe varias de estas pinturas.
A medida que Turner envejecía, se volvía más excéntrico. Tenía pocos amigos cercanos, excepto su padre, quien vivió con él durante 30 años y trabajó como su asistente de estudio. La muerte de su padre en 1829 tuvo un efecto profundo en él, y a partir de entonces sufrió episodios de depresión. Nunca se casó, pero mantuvo una relación con una viuda mayor, su ama de llaves Sarah Danby. Se cree que fue el padre de sus dos hijas, Evelina Dupuis y Georgiana Thompson. Evelina se casó con Joseph Dupuis el 31 de octubre de 1817. Se registró que su madre, Sarah Danby, fue testigo junto con Charles Thompson.
Turner estableció una relación con Sophia Caroline Booth tras la muerte del segundo esposo de esta, y desde 1846 vivió con ella como "Sr. Booth" o "Almirante Booth" en su casa en 6 Davis's Place (ahora Cheyne Walk) en Chelsea, hasta su muerte en diciembre de 1851.
Turner era un usuario habitual de rapé; en 1838, Luis Felipe I, rey de los franceses, le regaló una caja de rapé de oro. De otras dos cajas de rapé, una de ágata y plata lleva el nombre de Turner, y otra, hecha de madera, fue recogida junto con sus gafas, lupa y estuche de tarjetas por una ama de llaves asociada.
Turner formó una amistad corta pero intensa con el artista Edward Thomas Daniell. El pintor David Roberts escribió sobre él que "adoraba a Turner cuando yo y otros dudábamos, y me enseñó a ver y distinguir sus bellezas por encima de las de otros... el viejo realmente tenía un cariño personal por este joven clérigo, algo que dudo que haya demostrado por otros". Daniell pudo haberle proporcionado a Turner el consuelo espiritual que necesitaba tras la muerte de su padre y amigos, y para "aliviar los temores de un hombre naturalmente reflexivo que se acercaba a la vejez". Tras la muerte de Daniell en Licia a los 38 años, le dijo a Roberts que nunca volvería a formar una amistad así.
Antes de partir hacia el Medio Oriente, Daniell encargó un retrato de Turner a John Linnell. Turner previamente se había negado a posar para el artista, y fue difícil obtener su consentimiento para ser retratado. Daniell posicionó a los dos hombres frente a frente durante una cena, para que Linnell pudiera observar cuidadosamente a su sujeto y retratar su semejanza de memoria.
Turner murió de cólera en la casa de Sophia Caroline Booth, en Cheyne Walk en Chelsea, el 19 de diciembre de 1851. Está enterrado en la Catedral de San Pablo, donde yace cerca del pintor Sir Joshua Reynolds. Aparentemente, sus últimas palabras fueron "El Sol (¿o el Hijo?) es Dios", aunque esto podría ser apócrifo.