Cinema
Sua primeira participação no cinema ocorreu em 1955, no filme Trabalhou Bem, Genival!. No início da década de 1960 viveu um trabalhador em Cinco Vezes Favela, dirigido por Leon Hirszman; além de integrar o elenco de Os Mendigos. Em 1964, esteve na pele de um vaqueiro em Os Fuzis, com direção de Ruy Guerra. No ano seguinte, atuou nos longas Mitt hem är Copacabana; A Falecida, como um funcionário da funerária, e O Desafio, de Paulo César Saraceni, como Carlos.
Em 1966 interpretou Inácio, em A Grande Cidade , e no ano seguinte encarnou como Paquera em Garota de Ipanema, dirigido por Cacá Diegues. Em 1968, esteve no elenco de Viagem ao Fim do Mundo, sendo eleito 'Melhor Ator Secundário' pelo Prêmio Governador do Estado, além das obras Copacabana Me Engana, como Macalé, e Jardim de Guerra, neste último venceu o prêmio Candango de Melhor Ator, pelo Festival de Brasília. Encerrou a década no papel de Miguel, em Tropici, fez participação especial como André, em Memória de Helena, e atuou como um delegado em Um Homem e Sua Jaula. Nessa mesma época, a ditadura militar brasileira o obrigou a exilar-se na Itália, de onde só retornaria em 1975.
No início da década de 1970 participou do filme Rua Descalça, além de dirigir e atuar em O Rei dos Milagres. Ainda em 1970 foi dirigido por Bernardo Bertolucci no filme O Inconformista. Em 1973, encarnou no Visconde de Sabugosa, em O Pica-pau Amarelo, e foi Turíbio Todo em Sagarana, o Duelo. No ano seguinte, foi um brasileiro na obra francesa France société anonyme, de Alain Corneau; viveu João, em Ovelha Negra, uma Despedida de Solteiro e, posteriormente, integrou o elenco de Feminino Plural. Em 1977 participou de quatro longas: Paraíso no Inferno, como Brasa (também sendo diretor e roteirista), Anchieta, José do Brasil, como Cacique Tibiriçá, A Virgem da Colina, Parada 88, o Limite de Alerta, como Joaquim Porfírio. Concluiu o decênio como um conselheiro em Batalha dos Guararapes e sendo o malandro Antena, em A Agonia.
No início da década de 1980 atuou na pele do pescador em Crônica à Beira do Rio e fez parte da obra Corações a Mil. Em 1982 esteve em cartaz quatro vezes: fez participação especial em O Segredo da Múmia, atuou como Canário em Luz del Fuego, viveu Marciano em Rio Babilônia e integrou o elenco de Insônia. Dois anos depois, fez parte da equipe de Amenic - Entre o Discurso e a Prática. Em 1987, viveu Mitavaí em Exu-Piá, Coração de Macunaíma, participou do filme Fronteira das Almas e, no ano seguinte, fez aparição em Presença de Marisa. Encerrou a década atuando em Sonhei com Você e Jardim de Alah, nesta última interpretando Danilo.
Na década de 1990 destacou-se fazendo participação especial em Beijo 2348/72, sendo eleito 'Melhor Ator Coadjuvante' no Festival de Brasília. Além disso, também foi protagonista de Olhos de Vampa, como Vampa e esteve no elenco de O Homem Nu. Seu último trabalho no cinema foi em 2012, nos longas Rua Aperana, 52 e A Dama do Estácio.
Posteriormente seria reconhecido por especialistas em crítica como um dos atores mais importantes do Cinema novo, ou seja, um movimento da área brasileira que destaca a igualdade social e intelectual e que tornou-se proeminente no país durante as décadas de 1960 e 1970.
O último filme da carreira de Joel Barcellos foi A Constelação de Órion, do Diretor Allexandre Costa. O média-metragem tem a participação especial do Joel Barcellos como o avô Zeus e tem como tema o carnaval, misturando Mitologia Grega, Mitologia Africana e Folclore Brasileiro. O filme foi lançado em 2025, com uma homenagem post mortem.
