syntyi Darbyssa, Pennsylvaniassa kveekariperheeseen, ja Bartram osoitti jo varhain kiinnostusta luonnonhistoriaan. Pidetään Amerikan ensimmäinen kasvitieteilijä, vaikka hän kutsui itseään maanviljelijä, vuonna 1728, hän osti 102 hehtaarin maatilan Schuylkill River ja omistettu viiden hehtaarin tontin kasvitieteellinen puutarha, vanhin kansakunta. Neljä vuotta myöhemmin Bartram aloitti kirjeenvaihdon lontoolaisen kauppiaan ja kasvitieteilijän Peter Collinsonin kanssa. Bartram aloitti collinsonin kanssa Atlantin ylittävän siemen – ja kasvikaupan, muutti kasvitieteellisen puutarhansa kaupalliseksi taimitarhaksi ja julkaisi ensimmäisen taimitarhaluettelon Yhdysvalloissa vuonna 1783. Hänen suhteensa Collinsoniin paljasti hänet Euroopan johtaville intellektuelleille ja mesenaateille, kuten Gardener ’ s Dictionaryn kirjoittajalle Phillip Millerille ja muun muassa Carl Linnaeukselle.
Philadelphian yhteiskunnan johtohahmona Bartram oli perustamassa Benjamin Franklinin kanssa American Philosophical Societya vuonna 1743. Hänen kansainvälinen kauppansa ja kirjeenvaihtonsa johtivat siihen, että hänet nimitettiin kuningas Yrjö III: n kuninkaalliseksi kasvitieteilijäksi vuonna 1765. Uudessa roolissaan ansaitsemillaan rahoilla Bartram teki pisimmän tutkimusmatkansa Carolinojen ja Georgian kautta aina Floridan St. Augustineen saakka. Hänen taimitarhatoimintansa laajeni ja menestyi, ja hän jäi eloon kolmen sukupolven ajan. Vuoden 1734 ja 1777 välisenä aikana Bartramin uskotaan tuoneen Eurooppaan yli 150 pohjoisamerikkalaista kasvilajia.
