Nach seiner Ausbildung an der Hochschule für Musik und Darstellende Kunst in Stuttgart erhielt Jörg Hartmann zunächst am Staatstheater Meiningen (1994-96) und am Nationaltheater Mannheim (1996-99) Engagements, bevor er 1999 festes Ensemblemitglied an der Schaubühne am Lehniner Platz in Berlin wurde.

Unter der Regie von Thomas Ostermeier stand er u.a. als Torwald Helmer in Ibsens „Nora“ (Theatertreffen 2003) und als Richter Brack in „Hedda Gabler“ (Theatertreffen 2006) in weit über 60 Gastspielen auf nationaler und internationaler Bühne. Für Film und Fernsehen arbeitete der gebürtige Hagener seit Ende der 90er Jahre. Es folgten für den vielseitigen Schauspieler Fernsehproduktionen wie Friedemann Fromms mit einem Emmy ausgezeichneten Dreiteiler „Die Wölfe“ und Markus Imbodens Zweiteiler „Bella Block – Das Schweigen der Kommissarin“. 2010 war Jörg Hartmann in einer durchgehenden Hauptrolle in der vielfach ausgezeichneten ARD-Serie „Weissensee“ neben Hannah Herzsprung, Florian Lukas, Uwe Kockisch und Katrin Sass zu sehen. Für seine Rolle als Stasi-Major Falk Kupfer wurde er 2011 mit dem Deutschen Fernsehpreis als bester Darsteller ausgezeichnet.

Jörg Hartmann spielte in verschiedenen deutschen Krimiformaten und ist seit 2012 als „Tatort“-Kommissar Peter Faber fest in der deutschen TV-Krimilandschaft verankert. Weitere Filme mit dem Schauspieler sind: der ARD Film „Kehrtwende“ von Dror Zahavi, „Das Ende einer Nacht“ von Matti Geschonneck und „Herzversagen“ von Dagmar Hirtz. 2013 sah man den vielseitigen Schauspieler in der 2. Staffel der erfolgreichen Serie „Weissensee“ sowie in den Kinofilmen DER BLINDE FLECK (2013, Regie: Daniel Harrich) an der Seite von Benno Fürmann und Nicolette Krebitz sowie in dem Überraschungshit SEIN LETZTES RENNEN (2013, Regie: Kilian Riedhof). 2014 folgten der TV-Film „Das Ende der Geduld“ (Regie: Christian Wagner) über die Neuköllner Jugendrichterin Kirsten Heisig, in dem er an der Seite von Martina Gedeck in der männlichen Hauptrolle zu sehen war, sowie in einer Episoden-Hauptrolle in der Ferdinand Schirach-Reihe „Schuld“ (Regie: Hannu Salonen, Maris Pfeiffer) und in der letzten Folge der in Berlin gedrehten 5. Staffel des US Serien-Hits „Homeland“ mit Claire Danes in der Hauptrolle.

2016 erhielt der Schauspieler die „Goldene Kamera“ als bester deutscher Schauspieler sowie den Grimme Preis für „Weissensee“.