Bartram wurde in Darby, Pennsylvania, als Sohn einer Quäkerfamilie geboren und interessierte sich schon früh für Naturgeschichte. Als Amerikas erster Botaniker, obwohl er sich selbst Bauer nannte, kaufte er 1728 eine 102 Hektar große Farm am Schuylkill River und widmete ein fünf Hektar großes Grundstück als botanischen Garten, dem ältesten der Nation. Vier Jahre später begann Bartram eine Korrespondenz mit Peter Collinson, einem Londoner Kaufmann und Amateurbotaniker. Bartram begann mit Collinson einen transatlantischen Handel mit Saatgut und Pflanzen, verwandelte seinen botanischen Garten in eine kommerzielle Baumschule und veröffentlichte 1783 den ersten Baumschulkatalog in den USA. Seine Beziehung zu Collinson setzte ihn führenden Intellektuellen und Gönnern in Europa aus, darunter Phillip Miller, Autor von Gardener’s Dictionary, und Carl Linnaeus.
Als führende Persönlichkeit der Philadelphia Society war Bartram 1743 maßgeblich an der Gründung der American Philosophical Society mit Benjamin Franklin beteiligt. Sein internationaler Handel und seine Korrespondenz führten dazu, dass er 1765 zum Königlichen Botaniker von König Georg III. ernannt wurde. Mit dem Geld, das er in seiner neuen Rolle verdiente, machte Bartram seine längste Expedition durch die Carolinas und Georgia bis nach St. Augustine, Florida. Sein Gärtnereigeschäft expandierte und gedieh und überlebte ihn um drei Generationen. Zwischen 1734 und seinem Tod 1777 soll Bartram über 150 nordamerikanische Pflanzenarten nach Europa eingeführt haben.
