Il tourne son premier film en 8mm à l'âge de 5 ans. Après avoir été champion de skateboard au niveau national – un sport qui lui inspire plusieurs vidéos -, il entre au European Film College au Danemark, avant d’intégrer à 23 ans la National Film and television school de Londres, dont il ressort diplômé.
Entre 1999 et 2002, il tourne de nombreux courts métrages, dont Pietà (1999), Still (2001) et Procter (2002) sur la découverte d’une mystérieuse pellicule de film dans la caméra d’un homme retrouvé mort. tous les trois ont été sélectionnés dans plus de trente festivals internationaux (Toronto, Edimbourg, Istanbul ...) et ont été récompensés par de multiples prix, dont ceux du Meilleur Film Anglais et du Meilleur Film européen aux european Film Awards d’Edimbourg en 2002. Joachim Trier a également réalisé des clips publicitaires en Angleterre et en Norvège.
En 2006, il réalise son premier long métrage, Nouvelle donne, dans lequel deux amis d'enfance ont pour ambition de devenir écrivains. Le film, qui traite de la désillusion postadolescente, du mal-être et des rêves de jeunesse envolés, a obtenu les Amanda (équivalents norvégiens des César) du Meilleur Film, Meilleur réalisateur et Meilleur scénario Original, avant de connaître une prestigieuse carrière internationale en festivals : Prix découverte au Festival de Toronto, Prix de la Création Musicale au Festival Premiers Plans d'Angers, Prix du Jury Jeune Public au Festival de Rotterdam, Crystal Globe du Meilleur réalisateur au Festival de Karlovy Vary, Meilleur Film au Festival de Milan, sélections officielles aux Festivals de Sundance, de Londres, etc. Joachim Trier intègre alors la liste des « 10 réalisateurs de sundance à suivre » établie par le magazine Variety.
Son second long métrage, Oslo, 31 Août, a été présenté au Festival de Cannes 2011, dans la section un Certain regard. Joachim Trier s'est entouré de fidèles collaborateurs, comme Eskil Vogt à l'écriture, un ami de longue date avec lequel il avait déjà travaillé sur les courts Still, Procter et sur Nouvelle donne. devant la caméra, il retrouve également dans le rôle-titre Anders Danielsen Lie qui incarnait déjà le personnage principal de Nouvelle donne. Chronique d’une journée particulière dans la vie d’un ex-toxicomane, Oslo, 31 Août est librement adapté du roman « Le Feu follet » de Pierre Drieu La rochelle, publié en 1931.
En 2014, son troisième long-métrage, Back Home (Louder than Bombs en VO) est sélectionné en compétition officielle à Cannes. Bénéficiant d'un casting international prestigieux (Jesse Eisenberg, Gabriel Byrne, Isabelle Huppert), ce film est le dernier en date d'un auteur à suivre.
