Священномученик Иосиф родился в 1597 году в Астрахани, в семье Климента и Варвары, и скорби сопровождали его с детства. Когда мальчику было семь лет, город захлестнула смута, поднятая сторонниками Лжедмитрия. В дом его родителей ворвались казаки, и один из них ударил ребёнка камнем по голове; последствия этого удара мучили святого всю жизнь.

Ища спасения душе, Иосиф поступил в астраханский Троицкий монастырь. Там он подвизался в молитве, посте и трудах — сначала простым монахом, потом игуменом и архимандритом, — а затем патриарх Никон посвятил его в архиепископа Астраханского.

Архипастырем он был примерным. О его добродетельной жизни и рассудительности знали далеко за пределами астраханского края; царь Алексей Михайлович особенно к нему благоволил и вызывал в Москву на церковный совет. Когда по царскому зову через Астрахань в Москву ехали патриархи Александрийский Паисий и Антиохийский Макарий, святитель принимал их у себя. Гостям он показался светлейшей звездой: они увидели в нём человека, который утешает в скорбях, помогает в бедствиях, наставляет словом и делом и обо всяком нужном деле хлопочет с усердием. Патриархи взяли его с собой в Москву на собор и просили царя возвести астраханского владыку в сан митрополита — чтобы и другие архипастыри, глядя на него, ему подражали. Царь охотно согласился, и в 1667 году состоялось поставление; в знак уважения патриархи подарили новому митрополиту дорогой саккос, вытканный с золотом из сученого шёлка.

Мученическая кончина святителя настала 11 мая 1671 года, во время бунта Степана Разина. Обстоятельства её подробно описали очевидцы — священники Астраханского собора Кирилл и Пётр. Когда взявшие город казаки окружили собор и потребовали, чтобы митрополит вышел к ним, он велел звонить в большой колокол, собирая всё духовенство, сам облачился и вышел в сопровождении священников. Его обвинили в сношениях с московским правительством и с казаками, отложившимися от Разина, потребовали разоблачиться и после долгих истязаний сбросили со ската соборной крыши.

Священники подняли тело, облачили его в святительские одежды и положили в приготовленный гроб. На следующий день после панихиды тело перенесли в придел святителей Афанасия и Кирилла в Астраханском соборе, где оно девять дней оставалось непогребённым. Затем мощи положили в гробницу, и вскоре они прославились чудотворениями. Канонизация святителя совершилась на Поместном Соборе Русской Православной Церкви в апреле 1918 года.

Священномучеников-архиереев принято писать в архиерейском облачении, с Евангелием в руках; митрополита Иосифа часто изображают на фоне Астраханского кремля с его собором.