Charles Joel Nordström 1979. november 25-én született Stockholmban, Svédországban. Svéd származású édesanyja terapeuta, édesapja, Steve Kinnaman pedig amerikai származású, aki a vietnámi háború során dezertált a hadseregtől. Joelnek svéd és amerikai állampolgársága is van, és folyékonyan beszéli mind a két nyelvet 5 lánytestvérével egyetemben. Kinnaman a Den osynlige (2002) című filmmel kezdte színészi karrierjét, amely után beiratkozott a malmöi svéd drámaiskolába, ahol 2007-ben végzett, és szinte rögtön felhívta magára a svéd média figyelmét a Bűn és bűnhődés egyik színpadi adaptációjával. Ez idő alatt olyan filmekben tűnt fel, mint a Vihar (2005), az Arn: Riket vid vägens slut (2008), a Johan Falk: Kiemelt ügyek csoportja (2009) és a sorozat 5 további része. A nemzetközi kiugrást az Instant dohány (2010) főszerepe hozta meg számára, amely után már az Egyesült Államokban is elkezdtek érdeklődni a színész iránt. Kinnaman fogadott egy amerikai ügynököt, és sorban kapta a további szerepeket. Játszott a Gyilkosság (2010) című sorozatban, A legsötétebb óra (2011) és a Védhetetlen (2012) című filmekben is. Utóbbit az Instant dohány direktora, Daniel Espinoza rendezte. Abban az évben ismét szerepelt 6 Johan Falk-filmben, majd megkapta a Robotzsaru (2014) feldolgozás címszerepét. Ezt követően olyan produkciókban tűnt fel, mint a Knight of Cups (2014) és a Éjszakai hajsza (2015), illetve szerepet kapott a világháborús drámában, a A 44. gyermek (2015) című filmben is.