תורתו למד מפי אביו חכם משה מטראני, המבי"ט, חברו של מרן חכם יוסף קארו, ששימש אחריו כאב בית הדין בעיר צפת. בשנת ש"מ (1580), בהיותו בן 12, נפטר אביו, והוא החל ללמוד בישיבתו של החכם המקובל שלמה סאגיס, חתנו של האר"י.
בשנת שמ"ו (1586) נשא אישה, אך באותה שנה פרצה מגיפה בעיר צפת, מגיפה בה נפטר רבו החכם שלמה סאגיס, והוא נאלץ לרדת מצרימה. הוא שהה שם כשנה וחצי, עד תום המגפה, ובתומה חזר לעירו צפת.
בשנת שנ"ד (1594) פרצה מגיפה נוספת, והוא עבר לעיר ירושלים. שם חיבר את ספר 'קונטרס צורת הבית' - על מידות בית המקדש. עם תום המגיפה בשנת שנ"ה (1595) חזר לעירו צפת.
בשנת שנ"ו (1596), בשל הרעב בארץ ישראל, יצא כשליח דרבנן יחד עם חכם אברהם שלום (השני) לקושטא. הם עשו בשליחותם כשנתיים, וחזרו לעיר צפת.
בשנת שנ"ט (1599) נפטר חכם יעקב בירב (השני), וחכם יוסף מטראני נתמנה לאב בית הדין בעיר צפת.
התקופה הקשה, שעברה על העיר צפת, הביאה להתרוקנותה מחכמיה, וכך גם חכם יוסף מטראני עזב לעיר קושטא, שם התקבל בכבוד גדול. הוא בנה בית מדרש גדול, אליו נהרו תלמידים מכל ערי האימפריה העות'מאנית, והעמיד תלמידים רבים וחשובים, ובתוכם חכם חיים בנבנישתי, אחיו חכם יהושע רפאל בנבנישתי, חכם חיים אלגאזי, חכם אברהם בן חנניה, חכם חיים אבולעפיה (הראשון), חכם חיים אלפנדרי, חכם יוסף חזן.
בשנת שפ"ה (1625), לאחר פטירתו של חכם יחיאל בסאן, נתמנה לרב העיר קושטא, ומתוקף כך, הוכר כחכם באשי, של כלל האימפריה העות'מאנית. הוא הקים בית דין לענייני איסור והיתר, והשיב לאלפי שאלות מכל רחבי האימפריה העות'מאנית.
חכם יוסף מטראני נפטר ביום י"ד בתמוז בשנת שצ"ט (1639), ונקבר בקושטא. בתאם לצוואתו, הוציאוהו בניו מקברו, והעלוהו לקבורה בעירו צפת. קברו נתגלה בשנת תשס"ח (2008) סמוך לקבר חכם משה אלשיך.
מכתבי ידו, יצאו לאור לאחר מותו, תשובותיו בספר 'שו"ת המהרי"ט' - בשלושה חלקים. החלק הראשון יצא בשנת ת"א (1641) בקושטא, וחלק שני בשנת ת"ה (1645) בוונציה. באותה שנה יצא בוונציה גם 'חידושי גמרא'. ספרו 'צפנת פענח' - דרשות על התורה, יצא בשנת תנ"ד (1684) בפרנקפורט.
