Иосиф Матвеевич Петлюк родился 20 февраля 1897 года в селе Немировка Дубенского района Волынской губернии Российской Империи (ныне Червоноармейского района Ровенской области Украины) в крестьянской семье. Русский.
Окончил начальную школу.
Участник гражданской войны 1918-1921 гг. на стороне красных.
С 1921 (?) г. - работал плотником в городе Кизыл-Арват Красноводской области Туркмении, затем десятником строительной бригады на станции Кавказская.
Мобилизован 17 сентября 1941 года.
В действующей армии с 1942 года.
Санинструктор кавалерийского эскадрона 62-го гвардейского кавалерийского полка (16-я гвардейская Черниговская кавалерийская дивизия, 7-й гвардейский кавалерийский корпус, 61-я армия, Центральный фронт).
В ночь на 28 сентября 1943 года в составе взвода на подручных средствах преодолел реку Днепр у села Нивки Брагинского района Гомельской области Белоруссии. За 15 дней вынес с поля боя пятьдесят раненых воинов с их оружием, и переправил их на левый берег.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 15 января 1944 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистским захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм гвардии старшине медицинской службы Петлюку Иосифу Матвеевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда»
В 1944 году после тяжёлого ранения попал в госпиталь, полтора месяца не мог говорить, лишился слуха. После выздоровления был назначен командиром взвода в школу санитарных инструкторов города Горбатово Нижегородской области.
Войну окончил младшим лейтенантом медицинской службы.
После войны работал старшим лаборантом в Московском высшем техническом училище имени Баумана.
Умер 26 сентября 1968 года после тяжёлой болезни. Похоронен в Москве на Николо-Архангельском кладбище.
Член ВКП(б)- КПСС с 1944 года.
Государственные награды:
Медаль Золотая Звезда Героя Советского Союза (№ 3282)