Era filho de Joaquim de Mariz, ourives, e de D. Maria José da Costa Pinto, naturais de Anadia. Casou com Maria da Piedade Canaes de Campos Vieira e foram pais de seis filhos: Maria José, Joaquim, Maria Isabel, Maria Teresa, Maria Luísa e Maria da Conceição.
Matriculou-se na Universidade de Coimbra em 1869, inscrevendo-se nas Faculdades de Matemática e de Filosofia Natural. Concluiu o bacharelato em Filosofia no ano letivo 1872-1873, tendo frequentado, no 1.º ano, a Aula de Desenho. Prosseguiu os estudos na Faculdade de Medicina (como era frequente na época), com a 1.ª matrícula no ano letivo de 1873-1874 e a última no ano letivo de 1877-1878. Exerceu atividade clínica durante pouco tempo, mas em 1879 prestou provas para o lugar de naturalista adjunto à cadeira de Botânica da Universidade de Coimbra, cargo para o qual foi nomeado e que ocupou até à sua morte, em 1916. Cedo revelou os seus dotes artísticos e destacou-se como desenhador e gravador, mostrando interesse principalmente pelo património arquitetónico da cidade de Coimbra.
Foi colaborador artístico do escritor e antiquário Augusto Mendes Simões de Castro (1845-1932), que lhe reconheceu o talento para o desenho. Desenhos e gravuras de sua autoria ilustram artigos de Simões de Castro publicados na revista
Augusto Filipe Simões (1835-1884), no seu livro
Durante 37 anos, Joaquim de Mariz foi um valioso colaborador do professor de Botânica Júlio Augusto Henriques, diretor do Jardim Botânico e grande impulsionador do Herbário da UC (1873-1918), à época alojado no mesmo espaço que ocupa ainda hoje, no colégio de S. Bento, sede atual do Departamento de Ciências da Vida. Joaquim de Mariz morou no colégio de S. Bento cujo primeiro andar estava reservado para residência do pessoal superior (diretor, naturalista e jardineiro-chefe) do Jardim Botânico da Universidade de Coimbra.
Ao longo dos anos, Joaquim de Mariz fez a revisão da maior parte dos exemplares do Herbário da UC, trabalho que deu origem aos numerosos artigos publicados no
A flora transmontana estava pouco estudada, em território montanhoso com dificuldades de circulação e com deficientes, ou inexistentes, vias de comunicação. Apenas o conde de Hoffmansegg tinha percorrido a região, no início do século XIX, com o objetivo de realizar estudos botânicos. Por isso, com o aval de Júlio Henriques, Mariz acompanhou as visitas pastorais de seu irmão mais velho – D. José de Mariz, 36.º bispo de Bragança – por diversos distritos eclesiásticos, com o objetivo de estudar a flora da região. Em maio de 1887, reuniu-se à comitiva do irmão em Torre de Moncorvo e no ano seguinte, durante todo o mês de junho, acompanhou a visita pastoral pelos distritos eclesiásticos de Miranda do Douro e de Vimioso. Os resultados da colheita das plantas transmontanas, incluindo um catálogo e a descrição das duas viagens, foram publicados no
Soares da Graça (1943) refere que, após concluídos os cursos universitários de Medicina e Filosofia, Mariz nunca mais desenhou por recreação. No entanto, durante a sua longa carreira de naturalista, desenhou algumas plantas, nomeadamente para ilustrar descrições de espécies novas para a ciência, como, por exemplo,
No Arquivo de Botânica da Universidade de Coimbra, salvaguardado no Departamento de Ciências da Vida da mesma universidade, encontra-se correspondência recebida por Joaquim de Mariz Júnior, de 17 correspondentes, nacionais e estrangeiros. Na sua grande maioria, o tema das missivas é taxonomia botânica: pedidos de identificação de plantas portuguesas e africanas. Entre os correspondentes destacam-se, pelo número de missivas, Jules Daveau (32) e os professores de botânica António Xavier Pereira Coutinho (22), da Escola Politécnica de Lisboa, e Gonçalo Sampaio (26), da Academia Politécnica do Porto, com quem se correspondeu regularmente ao longo de muitos anos. Aliás, Pereira Coutinho e Gonçalo Sampaio homenagearam Joaquim de Mariz com a atribuição do restritivo específico
Joaquim de Mariz colaborou, desde o início, com a Sociedade Broteriana, a primeira sociedade científica de botânica em Portugal fundada por Júlio Henriques em 1880. Foi sócio efetivo do Instituto de Coimbra desde 1884. A 21 de abril de 1897 foi eleito sócio correspondente da Academia das Ciências de Lisboa, na classe de Ciências Matemáticas, Físicas e Naturais.