Nato a Darby, in Pennsylvania, da una famiglia quacchera, Bartram mostrò un interesse per la storia naturale fin dalla tenera età. Considerato il primo botanico americano, sebbene si definisse un contadino, nel 1728 acquistò una fattoria di 102 acri sul fiume Schuylkill e dedicò un terreno di cinque acri come giardino botanico, il più antico della nazione. Quattro anni dopo, Bartram iniziò una corrispondenza con Peter Collinson, un mercante londinese e botanico dilettante. Bartram iniziò un commercio transatlantico di semi e piante con Collinson, trasformando il suo giardino botanico in un vivaio commerciale e pubblicando il primo catalogo di vivai negli Stati Uniti nel 1783. La sua relazione con Collinson lo ha esposto a importanti intellettuali e mecenati in Europa, tra cui Phillip Miller, autore del Dizionario del giardiniere, e Carl Linnaeus, tra gli altri.
Come figura di spicco nella società di Filadelfia, Bartram fu determinante nel fondare l’American Philosophical Society con Benjamin Franklin nel 1743. Il suo commercio internazionale e la sua corrispondenza lo portarono ad essere nominato Botanico Reale di re Giorgio III nel 1765. Con i soldi guadagnati nel suo nuovo ruolo, Bartram fece la sua spedizione più lunga, attraverso la Carolina e la Georgia fino a St. Augustine, in Florida. La sua attività di vivaio si espanse e prosperò, sopravvivendolo da tre generazioni. Tra il 1734 e la sua morte nel 1777, si ritiene che Bartram abbia introdotto in Europa oltre 150 specie di piante nordamericane.
