Йозеф Менгеле родился 16 марта 1911 года в баварском городе Гюнцбург в обеспеченной католической семье. Его отец владел успешной компанией по производству сельскохозяйственной техники, и детство Йозефа прошло в благополучной обстановке. Он получил хорошее образование, проявлял интерес к спорту и музыке, а в студенческие годы учился в Мюнхенском и Франкфуртском университетах. В 1935 году он защитил докторскую диссертацию по физической антропологии, а в 1938-м получил степень доктора медицины. Уже тогда Менгеле работал ассистентом у генетика Отмара фон Вершуера в институте, где активно изучал вопросы расовой гигиены и евгеники, полностью разделяя нацистские идеи.
В 1937 году он вступил в НСДАП, а годом позже — в СС. Во время Второй мировой войны служил военным врачом в Ваффен-СС на Восточном фронте, был ранен и получил несколько наград, включая Железный крест. В мае 1943 года по распоряжению Генриха Гиммлера его направили в концлагерь Освенцим-Биркенау в качестве лагерного врача. Там он быстро стал одним из главных медиков и лично проводил селекции на прибывающих эшелонах, решая, кого отправить сразу в газовые камеры, а кого оставить для работ или экспериментов. Менгеле часто появлялся на рампе даже в дни, когда не был дежурным, специально высматривая близнецов и людей с наследственными аномалиями.
В Освенциме Менгеле проводил бесчеловечные медицинские опыты, и особый интерес для него представляли близнецы — в основном дети еврейского и цыганского происхождения. Он отобрал более 1500 пар близнецов (по разным оценкам, от 450 до 3000 человек прошли через его эксперименты), из которых выжили лишь около 300. Целью было изучение наследственности, различий между однояйцевыми и разнояйцевыми близнецами, а также поиск способов увеличить рождаемость "арийцев" (например, чтобы женщины рожали двойни). Близнецов содержали в отдельных бараках с относительно лучшими условиями, чтобы они не умерли преждевременно, но это было лишь для продления экспериментов.
Сначала проводились детальные обследования: измерения тела, фотографирование, снятие слепков челюстей и отпечатков пальцев, рентген. Затем следовали болезненные процедуры — забирали большие объемы крови, вводили химикаты в глаза, пытаясь изменить их цвет на голубой, заражали одного близнеца тифом или другой болезнью, а потом переливали кровь второму, чтобы наблюдать реакцию. Менгеле проводил операции без анестезии: ампутации конечностей, удаление органов, кастрации. Известны случаи, когда он пытался "сшить" близнецов вместе, чтобы создать сиамских, что приводило к заражению крови и мучительной смерти. После завершения этапа экспериментов близнецов убивали инъекцией фенола в сердце, а затем Менгеле лично проводил вскрытия, сравнивая внутренние органы и отправляя образцы (включая глаза и головы) своему бывшему наставнику фон Вершуеру в Берлин.
Его жертвами стали тысячи людей, большинство из которых погибли в страшных муках. Эти опыты не имели научной ценности и служили лишь оправданием нацистской расовой идеологии.
В январе 1945 года, перед наступлением Красной армии, Менгеле бежал из лагеря. Несколько месяцев он скрывался в Германии под чужими именами, а в 1949 году с помощью сети «крысиных троп» уехал в Аргентину. Там он жил в Буэнос-Айресе под именем Гельмут Грегор, работал на ферме и в столярной мастерской. Когда в 1959 году его личность раскрыли, он перебрался в Парагвай, а затем в Бразилию, где скрывался под разными именами, в последние годы — как Вольфганг Герхард.
Йозеф Менгеле умер 7 февраля 1979 года в возрасте 67 лет от инсульта во время купания на пляже в районе Бертиоги близ Сан-Паулу. Его похоронили под чужим именем, и только в 1985 году международное расследование с использованием ДНК-экспертизы подтвердило, что останки принадлежат именно ему. Менгеле так и не предстал перед судом, став одним из самых известных символов нацистской псевдомедицины и бесчеловечности.