Cursà els estudis i el professorat de belles arts a València (1919-25). Havent començat a destacar com a cartellista publicitari, féu la seva primera exposició a Madrid (1928) i inicià la seva col·laboració gràfica en revistes (1929): Estudios, Taula de Lletres Valencianes, Cuadernos de Cultura, La República de les Lletres, Nostra Novel·la, Orto, Nueva Cultura, etc. Membre del PCE des del 1931, participà en la creació de la Unió d’Escriptors i Artistes Proletaris (1932), el manifest de la qual redactà (1933). Fundà la revista Nueva Cultura (1935-37). Durant la Guerra Civil Espanyola de 1936-39, fou un temps codirector, amb Max Aub, del diari Verdad, òrgan d’unificació entre el PSOE i el PCE, a València. Fou director general de belles arts (1936); realitzà diversos cartells de propaganda comunista; participà en l’organització del pavelló espanyol de l’Exposició Internacional d’Arts i Tècniques de París (1937); presidí el Consejo Nacional del Teatro i fou director de propaganda gràfica del Comissariat General de l’Estat Major Central (1938). Per a la Fira Internacional de Nova York (1939) realitzà la sèrie de fotomuntatges Els tretze punts de Negrín (1938). Exiliat el 1939, visqué a Mèxic (fins el 1958), on col·laborà en diverses publicacions (España Peregrina, Las Españas, Nuestro Tiempo, Boletín de la Unión de Intelectuales Españoles en Méjico, etc. ) i féu murals, il·lustracions, decoracions cinematogràfiques, etc. Instal·lat després a Berlín (RDA), féu murals, fotomuntatges i col·laboracions de premsa (Bildende Kunst, Sonntag i altres). A partir del 1976 efectuà distints viatges al País Valencià, al qual llegà (1978) la seva obra, una part de la qual ha estat exposada, des del 1976, a les principals ciutats de l’Estat espanyol. Amb el fons de les seves obres fou constituïda la Fundació Josep Renau, en part cedit a l’IVAM el 1989. En les seves concepcions teòriques i la seva obra (sobretot, els fotomuntatges i els cartells) hi ha una clara posició política que el portà a cercar un llenguatge directe, fàcilment comprensible, lligat en els inicis a l’avantguarda alemanya i soviètica d’entreguerres; en el mural, foren fructíferes les seves col·laboracions amb Siqueiros i altres pintors mexicans. La seva influència en la difusió d’aquestes idees al País Valencià (abans del 1939) fou ben important. És autor de nombrosos articles i dels llibres Función social del cartel publicitario (1937 i 1976) i La batalla per una nova cultura (1978), de l’estudi L’organisation de la défense du patrimoine artistique et historique espagnol pendant la guerre civil (1937) i dels reculls de fotomuntatges Fata morgana USA (1967) i The american way of life (1977).