Bisher arbeitete der promovierte Archäologe am LWL-Römermuseum in Haltern am See. Er war Projektleiter der erfolgreichen Herculaneum-Ausstellung 2005 in Haltern mit fast 130.000 Besuchern und betreute danach die Vorbereitungen zum Varusschlacht-Ausstellungsprojekt 2009.
Der 39-jährige wird am kommenden Montag auf die neue Position in Herne wechseln. Das Haus ist seit 2003 das zentrale Archäologiemuseum des Kommunalverbandes. Es gewann unter Mühlenbrocks Vorgängerin Dr. Barbara Rüschoff-Thale - sie wechselte ins Amt der LWL-Kulturdezernentin - mehrere Preise. Zuletzt brachte 2006 und 2007 die Klima-Ausstellung ("Leben in Extremen") über 100.000 Besucher nach Herne.
Nach dem Abitur in Haltern studierte Mühlenbrock Archäologie, Alte Geschichte, Latein und Kunstgeschichte in Münster. Mit einem Stipendium ging er 1995 nach Rom und schrieb 1997 seine Doktorarbeit über römische Architektur. Während des Studiums arbeitete er bei Ausgrabungen in Westfalen und danach als wissenschaftlicher Referent in Münster und Haltern. Josef Mühlenbrock wohnt in Münster.