En el año 2002 lanzó su primer álbum en solitario, Justified, del cual se vendieron siete millones de copias alrededor del mundo. Su segundo disco, FutureSex/LoveSounds, fue lanzado en septiembre de 2006 y llegó a vender más de nueve millones de copias en el mundo, posicionando tres sencillos en el primer lugar de las listas de popularidad de Estados Unidos: «Sexyback», «My love» y «What goes around.../...comes around».
Gracias a su trabajo en la música y en la televisión, Timberlake ha ganado, entre otros premios, seis Grammy y dos Emmy.
También ha incursionado en el área empresarial. Es el presidente y consejero delegado de su propio sello discográfico, Tennman Records, y es copropietario del restaurante Southern Hospitality y de la marca de ropa William Rast.
En junio de 2008, Timberlake lanzó su propia línea de perfumes junto a la marca Givenchy. Una de las actividades que realizó fue promocionar en París el nuevo perfume masculino Play. Al mes siguiente, Timberlake ofició como anfitrión de la decimosexta entrega de los premios ESPY, otorgados por el canal ESPN a los deportistas más destacados.
El 17 de octubre de 2008, Timberlake y un grupo de cantantes ofrecieron un concierto a beneficio de los hospitales Shriners, los cuales atienden a niños de bajos recursos. El evento se realizó en el hotel Planet Hollywood de Las Vegas, y contó con la participación de Rihanna, Jonas Brothers, Boyz II Men y Leona Lewis, entre otros. En la misma ciudad, Justin fue el anfitrión del torneo de golf caritativo Justin Timberlake Shriners Hospitals for Children, que se llevó a cabo entre el 13 y el 18 de octubre. En esa oportunidad, la compañía especializada en artículos de golf, Callaway Golf, anunció que se uniría a Timberlake para promocionarlo como golfista. Timberlake durante el abierto de golf Justin Timberlake Shriners Hospitals for Children Open 2010.
El 21 de octubre de 2008, Timberlake y Rihanna filmaron el video musical de la canción "Rehab", la cual fue escrita por el propio Justin para el tercer álbum de estudio de ella, Good girl gone bad. El director fue Anthony Mandler y el rodaje se efectuó en el parque natural Vasquez Rocks de Los Ángeles, California.
A mediados de abril de 2008, el cantante etíope Kenna anunció que escalaría el monte Kilimanjaro junto a Timberlake y el rapero Lupe Fiasco para concienciar al público sobre la escasez de agua en el mundo. El desafío de ascender a la cumbre más alta de África, que durará una semana, se realizará en enero de 2010 y en él participará también la novia de Timberlake, la actriz Jessica Biel.
Días más tarde, se anunció que Timberlake lanzaría al mercado su propia marca de tequila, llamada 901. La bebida comenzó a ser comercializada en mayo de 2009 y su nombre se debe al código de área telefónica de Memphis, el pueblo natal de Justin.
El 25 de julio de 2009, Justin inauguró su propio campo de golf, Mirimichi, el cual se ubica en un suburbio de Memphis. El recinto lo adquirió a fines de 2007 e invirtió 16 millones de dólares con el objetivo de rediseñarlo para que fuese inocuo para el medio ambiente.
El 16 de diciembre de 2009, la empresa automotriz Audi anunció que Timberlake sería su embajador y que protagonizaría una campaña en Internet para promocionar el modelo A1. La campaña publicitara, llamada «The next big thing», consistió en una serie de seis cortometrajes que fueron estrenados cada día martes, desde el 4 de mayo hasta el 8 de junio de 2010. En ellos, Justin personificó a John Frank en compañía de la actriz Dania Ramírez, quien interpretó el papel de Toni.
