Angelo Giuseppe Roncalli naît le 25 novembre 1881 à Brusicco, village de la campagne de Bergame, en Lombardie. C'est le quatrième enfant dans une famille de quatorze enfants de milieu campagnard modeste. Son père Giovanni Battista Roncalli et sa mère Marianna Giulia Mazzolla étaient métayers de milieu très modeste, bien qu'on puisse leur trouver une ascendance de petite noblesse appauvrie.

Angelo entre au petit séminaire à l'âge de douze ans grâce à l'aide financière de son oncle et de prêtres dont le curé Giovanni Morlani, propriétaire des terres qu'exploitait sa famille. Élève assez brillant, il suit le cursus ecclésiastique classique, devenant boursier au séminaire dell'Apollinare de Rome. Il effectue de nombreux pèlerinages au sanctuaire marial de la Madone du Bosco d'Imbersago. À partir de 1895, il tient un journal qu'il continue jusqu'à sa mort. Il fait son service militaire en 1901, pour que son frère reste sur l'exploitation.

Présenté au pape Pie X qu'il apprécie pourtant moins que son prédécesseur Léon XIII, en 1904, il est ordonné prêtre dans la basilique Santa Maria in Montesanto le 10 août 1904. Peu après, il est nommé secrétaire du nouvel évêque de Bergame, connu pour son soutien au monde ouvrier en particulier lors des grèves de 1909. Roncalli reste à son service jusqu'à la mort de ce dernier le 22 août 1914. Pendant cette période, il enseigne également l'histoire de l'Église au séminaire de Bergame, en étudiant particulièrement saint Charles Borromée et le concile de Trente, saint François de Sales et saint Grégoire Barbarigo, proclamé saints sous son pontificat. Il donne des conférences à des laïcs sur l'histoire de l'Église.

En 1915, il est nommé comme sergent de l'armée royale italienne, incorporé dans le service des santés des armées, avant de devenir aumônier militaire dans les hôpitaux.

Après la guerre, il revient au séminaire de Bergame comme directeur spirituel. Son activité le fait pressentir par le cardinal Willem Marinus van Rossum pour travailler au Vatican, à Rome aux œuvres pontificales missionnaires. Il est nommé par Benoit XV et, en 1921, se trouve à la curie romaine, où il travaille en particulier au motu proprio de Pie XI sur la coopération des missions. Il profite aussi de cette charge pour visiter de nombreux diocèses et ordres missionnaires italiens. Il vit à Rome, modestement, avec deux de ses sœurs et se lie avec Montini (futur Paul VI) dont il avait connu la mère et le père député démocrate chrétien, restant proche des milieux qui souhaitent une alliance de la démocratie chrétienne avec les antifascistes. Ayant fait un sermon sur le "nationalisme comme amour de la patrie" par opposition à une "militarisation de la nation", il apparait comme rétif à la ligne de dialogue avec Mussolini que suit alors Pie XI soucieux de régler la question romaine.

En 1925, Pie XI l'écarte de l'Italie en le promouvant évêque pour l'envoyer, contre son gré, en Bulgarie, terre orthodoxe, en tant que premier visiteur, puis délégué apostolique. Élevé à la dignité d'évêque titulaire d'Areópoli, consacré à Rome par le Cardinal Giovanni Tacci Porcelli, il choisit comme devise épiscopale Obedientia et Pax (obéissance et paix). Malgré les encouragements de Montini, il est atterré.

Devant affronter l'épineuse question du rite latin et du rite oriental, il marque son habituelle bonhomie par de nombreuses visites dans la petite communauté urbaine catholique. L'hôpital catholique soigne gratuitement les malades de toutes confessions, en particulier lors de l'attentat manqué à la cathédrale orthodoxe contre le roi Boris III. Le roi l'en remercie par une entrevue privée, honneur inhabituel, puisque Roncalli n'avait pas de statut diplomatique. Il se rend aussi au centre du pays en 1928, frappé par un tremblement de terre.

Il doit surtout négocier la délicate préparation du mariage du roi Boris III (orthodoxe) avec Jeanne de Savoie, fille catholique du Roi Victor-Emmanuel III. Le pape Pie XI avait accepté la dispense à la condition qu'un rite catholique soit célébré et que les filles du couple soient éduquées dans la religion catholique. Or, en plus de la cérémonie catholique d'Assise (25 octobre 1930), une seconde, orthodoxe, fut célébrée à Sofia, ce qui irrita Pie XI, d'autant plus que les filles du couple furent baptisées selon le rite orthodoxe en 1933. Toutefois, la fille du Roi d'Italie ne fut pas excommuniée.

En 1935, il reçoit enfin une réaffectation. Mais sa promotion avec un titre d'archevêque pour le même poste à Istanbul, comme délégué apostolique en Turquie et en Grèce entre 1935 et 1944. La communauté catholique est isolée en Grèce orthodoxe et assez fractionnée dans la Turquie d'Ankara, alors dirigée par Atatürk en pleine période de laïcisation de la société.

Sur le plan religieux, il fait entrer dans la liturgie des passages dits en turc, ce qui est dénoncé jusqu'à Rome et indique dans un sermon en 1944, son désir d'un concile œcuménique.

Sur un plan diplomatique, il insiste sur la neutralité du Vatican, dans l'État neutre de Turquie, se refuse à trancher en faveur de Vichy ou de la France libre, et surtout il joue un rôle important pour le sauvetage des réfugiés d'Europe centrale vers la Palestine pendant la guerre, des victimes du nazisme, juifs, surtout mais aussi membres du clergé venus de toute l'Europe et particulièrement de Hongrie et de Bulgarie.

Prévenu dès septembre 1940 des persécutions nazies par l'arrivée de réfugiés polonais, il fait distribuer des permis gratuits d'émigration par la délégation apostolique en particulier vers la Palestine sous mandat britannique, des certificats de baptêmes temporaires et des sauf-conduits, ainsi que des vivres et vêtements en s'appuyant sur la Croix Rouge locale. Il envoie une lettre au roi Boris III de Bulgarie pour qu'il désapprouve la déportation de 25 000 Juifs de Sofia et obtient son aide pour faire sauver par la croix rouge des milliers de juifs slovaques qui étaient déportés en Bulgarie. Il aide le rabbin Yitzhak HaLevi Herzog à alerter le Vatican pour sauver les juifs de Moldavie, et en 1944, ceux de Roumanie. En janvier 1943, il soutient une demande auprès du Vatican pour soutenir la requête d'ouvrir d'autres pays neutres à l'émigration juive, informe le gouvernement allemand que l'agence Juive de Palestine dispose de 5 000 certificats d'immigration légaux et fait demander, en vain, à Radio Vatican de diffuser un message comme quoi toute aide à des juifs est un acte de miséricorde que l'église approuve.

Ces gestes pour ceux qu'il nomme les "cousins et compatriotes de Jésus" auraient sauvé de 24 000 à 80 000 Juifs, ce qui justifie pour la fondation internationale Raoul Wallenberg de demander son inscription comme juste entre les nations. Toutefois, en 1943, même s'il approuve le sauvetage des Juifs de Rome, il indique un "trouble spirituel" à ce que ce soit le Vatican qui les envoie en Palestine leur permettant de reconstituer une "espérance messianique". Il accueille avec "beaucoup de calme" la fin du pouvoir de Mussolini en 1943.

Tout en restant éloigné du centre de la diplomatie papale, Roncalli est consulté par le pape Pie XII. Il est également bien connu de Montini, l'homme de confiance du Pape le plus en lien avec la France. Or, en 1944, le général De Gaulle souhaite voir remplacer le nonce apostolique en France. Pie XII choisit Roncalli pour cette mission, peut-être en signe d'agacement, montrant qu'il n'envoie pas à Paris un diplomate de premier rang. Roncalli, très surpris de cette promotion, y négocie avec succès le problème des évêques compromis avec le régime de Vichy, dont le gouvernement français demandait le remplacement dans le cadre de l'épuration. Pie XII ne doit accepter seulement que les démissions de trois prélats.

En 1953, le cardinal est enfin renommé en Italie, conformément à sa première vocation pastorale. A 72 ans, Roncali devient patriarche de Venise. Cette "fin de carrière" lui permet de nouveau de montrer ses talents de pasteur débonnaire et diplomate. Il y organise un synode diocésain, utilise les transports en commun, les gondoles, multiplie les signes de présence joviale et d'ouverture en direction des paroissiens et des Italiens.

Lorsque Roncalli arrive au conclave, les cardinaux souhaitent à la fois un changement de style gouvernemental et marquer un temps de réflexion face à un monde moderne en rapide évolution. Après trois jours de conclave et dix tours de scrutin infructueux, le cardinal Roncalli apparait comme un « pape de transition » idéal au terme d'un conclave cherchant à assurer un changement sans rupture. De tempérament bonhomme mais habile diplomate, francophile, le patriarche de Venise était, comme son prédécesseur Pie X, d'origine modeste mais, marqué par le catholicisme social, il était à l'aise dans le travail pastoral exercé dans une Italie du Nord en plein essor industriel. Il est élu pape le 28 octobre 1958.

Il crée une première surprise en choisissant de s'appeler « Jean XXIII », reprenant un nom abandonné depuis le XIVe siècle. Le choix d'un nom qui n'avait plus été utilisé depuis plus de cinq cents ans devait également marquer le changement de style de gouvernement. Jean XXIII est intronisé le 4 novembre.

Dès le début de son pontificat, il met l'accent sur l'aspect pastoral de sa charge : c'est ainsi qu'il est le premier, depuis Pie IX, à sortir de l'enceinte du Vatican après son élection, ce qui lui permet d'assumer pleinement son rôle d'évêque de Rome, souvent négligé par ses prédécesseurs. Il prend solennellement possession de la basilique Saint-Jean-de-Latran et visite les paroisses romaines. Ses visites à l'hôpital des enfants et en prison marquent les esprits. Symboliquement, il rompt avec la tradition des repas solitaires et recommande à la direction de l'Osservatore Romano de cesser l'usage des superlatifs d'usage pour qualifier le souverain pontife.

Il désigne Domenico Tardini, un prélat d'expérience, à la secrétairerie d'État où il fait cesser la politique d'affrontement sans dialogue vis-à-vis du bloc de l'est. Dès son premier message, il évoque les persécutions communistes contre l'Église. Il engage également la réforme du Code de droit canonique, datant de 1917, qui s'achève en 1983. Un Conseil pontifical pour la promotion de l'unité des chrétiens est créé, et a pour résultat la présence de plusieurs dizaines d'observateurs d'Églises chrétiennes non catholiques.

Dès le 25 janvier 1959, Jean XXIII convoque le deuxième concile du Vatican, qui devait être le vecteur d'une importante modernisation de l'Église catholique romaine. Cette décision surprend voire inquiète la curie qui redoute des innovations trop marquées. Mais la préparation du concile est confiée à la secrétairerie d'État ce qui entraîne après une enquête auprès des évêchés un ordre du jour très peu réformateur. Cette impression d'un concile sans réforme est d'abord confirmée par le synode des prêtres de Rome, sorte de répétition générale du concile à l'échelle de l'évêché, et qui ne débouche que sur un code de conduite du prêtre et le rétablissement du lavement des pieds à certaines dates. Après un pèlerinage à Assise et Loretto, le pape continue la préparation du concile alors que sa santé se dégrade.

Le 11 octobre 1962, le concile, couramment désigné depuis lors sous le nom de « Vatican II », est ouvert. Jean XXIII y prononce un important discours, rédigé personnellement pour sa plus grande partie.

Ce discours est complété le soir même du 11 octobre 1962 par une allocution improvisée depuis un balcon à destination de la foule assemblée "sous la lune", dans lequel il évoque avec beaucoup d'humanité le souhait "que nos sentiments soient toujours comme nous les exprimons ce soir, devant le ciel et devant la terre: foi, espérance, charité, amour de Dieu, amour des frères. Et puis, tous ensemble, aidons-nous ainsi, dans la sainte paix de Dieu, à faire le bien."

Jean XXIII demande que la question des relations de l'Église catholique avec les Juifs soit abordée au concile. Plus généralement, les conclusions très substantielles de ce concile aboutissent à inviter les catholiques, tout en rappelant leur devoir de fidélité à leur foi, à faire preuve de tolérance envers les fidèles des autres religions.

En septembre 1962, un cancer de l'estomac est diagnostiqué. Jean XXIII s'efforce cependant de permettre au concile de continuer son travail. Le 25 octobre 1962, lors de la crise de Cuba, il lance aux Grandes Puissances, en français, sur Radio Vatican, un appel pour la Paix. Le 11 mai 1963, il reçoit le prix Balzan pour son engagement en faveur de la paix. C'est là sa dernière apparition publique.

Atteint d'un cancer de l'estomac et d'un cancer de la prostate, il est victime d'une hémorragie interne le 28 mai 1963. À partir de ce jour, Radio Vatican transmet quotidiennement un bulletin de santé du pape, l'entourage indiquant que, entre lucidité et inconscience, il continue d'exercer son pouvoir papal jusqu'aux derniers moments. À l'issue d'une longue agonie, il meurt le 3 juin 1963, le Lundi de Pentecôte.

Il est béatifié le 3 septembre 2000 par Jean-Paul II. Le miracle qui a ouvert la voie à la béatification a eu lieu le 25 mai 1966, en faveur d'une religieuse italienne, sœur Caterina Capitani, de la congrégation des Filles de la charité.

Le 27 avril 2014, lors de la messe du dimanche de la divine Miséricorde, le pape François préside la cérémonie de canonisation conjointe des papes Jean-Paul II et Jean XXIII. C'est la première fois dans l'histoire de l'Église qu'une double canonisation de papes a lieu. Le pape François préside la double cérémonie en présence de son prédécesseur Benoît XVI.