Proslavio se kasnih '90-ih godina kao vodeći pjevač boy benda 'N Sync. Osvojio je deset Grammyja i četiri Emmyja.

Njegov prvi samostalni album Justified izašao je 2002. godine te je diljem svijeta prodan u više od 7 milijuna primjeraka. Najpoznatija pjesma s tog albuma "Cry Me a River" nastala je u suradnji s producentom Timbalandom.

Timberlakeov drugi samostalni album, FutureSex/LoveSounds, izašao je 2006. godine, a prodan je u više od 8,6 milijuna primjeraka. Tri pjesme s tog albuma u SAD-u dospjele su na prvo mjesto ljestvice hit skladbi – "SexyBack", "My Love" i "What Goes Around.../...Comes Around", također u suradnji s Timbalandom.

Rad na svom trećem albumu The 20/20 Experience počeo je u srpnju 2012. godine te je isti objavljen 15. ožujka 2013. godine. Drugi dio albuma izlazi u studenom iste godine.
Njegov peti studijski album imena Man of the Woods je predstavljen 2018. godine dva dana prije nego što je vodio Super Bowl Halftime Show.

Nakon šest godina izdao je novu pjesmu znakovitog naziva "Selfish" koja predstavlja najavu za novi album naziva "Everything I Thought I Was."
Datum njegovog objavljivanja još uvijek nije poznat, ali su se pojavile spekulacije da će, kao u slučaju Jennifer Lopez, novi album biti praćen filmom u formi mjuzikla.