Billie Joe Armstrong se narodil 17. února 1972 v Kalifornii v rodině jazzového muzikanta Andyho Armstronga, který pracoval jako řidič kamiónu. Jeho matka byla servírka v lokální restauraci. Billie začal zpívat, když mu bylo pouhých pět let. Jeho první skladba se jmenovala Look for love. Přál si obcházet nemocnice a zpívat nemocným, aby se cítili lépe. Svou první elektrickou kytaru dostal od svého otce v devíti letech, pojmenoval jí Blue. Ještě dnes používá některé její repliky. O rok později jeho otec zemřel na rakovinu. Jeho matka se o dva roky déle znovu provdala.
Billie je ženatý, s manželkou Adrienne Nesser má dva syny. V současné době žijí v Berkeley nedaleko Los Angeles. Kromě kytary ovládá hru na piano, bubny, harmoniku, mandolínu a saxofon.