Билли Джо Армстронг появился на свет 17 февраля 1972 года в небольшом городке Родео, штат Калифорния. Он был самым младшим из шести детей в семье. Его отец работал дальнобойщиком, а также подрабатывал в клубах, исполняя джаз. Мать Билли Джо была официанткой в одном из ресторанчиков города. В сентябре 1982 года, когда будущей звезде было всего 10 лет, его отец, Энди, скончался от рака пищевода. Спустя два года после этого его мать вновь вышла замуж. Билли тяжело воспринял это событие, он стал ненавидеть этого человека. В 14 лет Билли Джо сочинил свою первую песню («Why Do You Want Him?»), которая рассказывала о его матери и отчиме. Петь Билли начал довольно-таки рано, в 5 лет. Он часто бывал в больницах и пел там их пациентам. Несколько позже у него появилась собственная песня «Look For Love», записанная местной компанией Fiat Records. В 11 лет мать подарила ему первую электрогитару, это была знаменитая «Blue», на которой Билли играет и по сей день (на чёрно-белом фото).
В 10 лет Билли Джо познакомился с Майком Дёрнтом в школьном кафе. Оставаясь друг у друга на ночь, они слушали и исполняли песни таких грандов рока, как Оззи Осборн, Деф Леппард и Ван Хален. Не меньшее влияние на их музыку оказало также творчество альтернативной группы Bay Area на протяжении восьмидесятых. В 1987 году Билли Джо и Майк пригласили в группу Sweet Children барабанщика Джона Киффмайер под псевдонимом Ал Собрант и начали свою творческую карьеру. Их первое, но далеко не последнее, выступление состоялось в клубе Rods Hickory Pit in Vallejo. За день до своего восемнадцатилетия, уже почти закончив школу, Билли бросил учёбу и решил посвятить всё своё время Sweet Children. Его призванием стала музыка.
В 1990 г. Армстронг встретил Эдриенн Нэссер на одном из шоу Green Day в Манкато и женился на ней 2 июля 1994 года. У четы двое детей — Джозеф Марчано Армстронг (р. 28 февраля 1995) и Джейкоб Денджер Армстронг (р. 12 сентября 1998). Эдриенн является совладельцем Adeline Records вместе с Армстронгом. Сегодня семья Билли Джо Армстронга проживает в городе Оклэнде, штат Калифорния. В конце 2011 года семья Армстронгов записала рождественский альбом The Boo. Сам Билли Джо играл на басу, Джейкоб на гитаре, Джой на ударных, а пела Эдриенн.
Первой гитарой Армстронга была акустическая гитара «Cherry Red Hohner», которую купил ему отец. Затем, когда ему было одиннадцать, он получил свою первую электрическую гитару, копию Fender Stratocaster, которую он назвал «Blue». Его мама получила «Blue» от Джорджа Коула, который учил Билли игре на электрогитаре в течение 10 лет. Армстронг сказал в интервью 1995 MTV: «В принципе, это были не уроки игры на гитаре, потому что я никогда не учился читать ноты, он просто научил меня постановке рук.» Коул купил гитару новой у Дэвида Марджена из группы Santana. Коул дал Билли звукосниматель «Bill Lawrence Humbucking» и предложил его установить в бридж. После того как звукосниматель был выведен из строя на Вудстоке '94, Армстронг поставил Duncan JB.
«Армстронг фетишировал гитару своего учителя, отчасти потому, что имел качество звука и Van Halen-овскую нежную плавность которой он не мог добиться от своего маленького красного Hohener’а. Он ценил это больше, однако, из-за его отношений с Коулом, другой отец фигурировал после смерти Энди. Он гастролировал с этой гитарой с первых дней группы и продолжает использовать её и по сей день.
„Blue“ также встречается в некоторых из их видео-клипов начиная с „Longview“, „Basket Case“, „Brain Stew/Jaded“, „Hitchin' a Ride“, и наконец в „Minority“.
Сегодня, Армстронг в основном использует гитары Gibson и Fender. Двадцать из его гитар Gibson Les Paul являются младшими моделями от середины до конца 1950-х годов [14] Его Fender Коллекция включает в себя:. Stratocaster, Jazzmaster, Telecaster, Hollowbody Gretsch и его копии „Blue“. Он заявляет, что его любимая гитара 1956 Gibson Les Paul Junior, которую он называет „Флойд“. Он купил эту гитару в 2000 году незадолго до записи их альбома „Warning“. Армстронг также имеет свою собственную линию гитар Les Paul Junior от Gibson, созданную по образцу „Флойда“, оригинала 1956 Les Paul Junior Билли Джо.
Он неплохо играет на нескольких других инструментах. Он записывал партии гармоники и мандолины в будущем, фортепиано в 21st Century Breakdown, и играл на барабанах во время концертов время от времени.
Вокал и гитара во всех