Tėvas Juozapas Mikalajūnas-Vilnonis (1860–?) iš Meldučių ir Anelė Šukytė-Mikalajūnienė (1881–?) iš Aknysčių – valstiečiai žemdirbiai. Broliai ir seserys: Ona Mikalajūnaitė (1905–?), Juozapas Mikalajūnas (1907–?), Povilas Mikalajūnas (1909–?), Stanislava Mikalajūnaitė (1912–?), Bronislava Mikalajūnaitė (1915–?), Antanas Mikalajūnas – pedagogas matematikos ir fizikos mokytojas.

1922 m. liepos 23 d. Debeikių bažnyčioje jį pakrikštijo klebonas Kazimieras Mikelinskas, krikštatėviais buvo Jonas Matulis ir Teklė Kemeikytė.

Baigė pradžios mokyklą, Anykščių progimnaziją ir Utenos gimnaziją. 1950 m. baigė Lietuvos žemės ūkio akademiją Kaune, įgijo agronomo išsilavinimą.

1950–1951 m. J. Mikalajūnas dirbo Anykščių mašinų-traktorių stotyje agronomu, 1951–1953 m. buvo Panevėžio cukraus fabriko agroinstruktorius.

1954–1990 m. J. Mikalajūnas dirbo Lietuvos žemdirbystės instituto Elmininkų (Anykščių r.) bandymų stotyje moksliniu bendradarbiu, kol išėjo į pensiją.

1963 m. Lietuvos žemės ūkio akademijoje jis apsigynė kandidatinę disertaciją "Bulvių sodinimo gylis ir priežiūra Lietuvos TSR priesmėlio dirvožemiuose", 1993 m. nostrifikuotas biomedicinos mokslų, agronomijos daktaras.

J. Mikalajūnas parašė ir išleido informacinių leidinių bulvių auginimo klausimais: "Pagrindinės priemonės bulvių derlingumui didinti (1962 m.), "Kova su piktžolėmis bulvių pasėliuose" (1971 m.), "Už derlingą bulvių hektarą" (su Antanu Puodžiuku ir Ona Simanavičiene, rinkinio sudarytojas, 1976 m.). Jis paskelbė mokslinių straipsnių silosinių augalų, ypač kukurūzų, ir bulvių agrotechnikos klausimais, buvo "Žinijos" draugijos respublikinio lygmens lektorius.

Buvo vedęs, žmona Mirga Mikalajūnienė (1923–2021). Liko našlys.

Mirė 2021 m. birželio ... d. Anykščiuose. Palaidotas Anykščių naujosiose kapinėse. Kapą ženklina rausvo šlifuoto akmens paminklinė kompozicija su akmeniniu kryžiumi centre, postamento nuožulniose plokštumose abipus kryžiaus – įrašai metalinėmis raidėmis: "Mirga Mikalajūnienė / 1923–2021" ir "Jonas Mikalajūnas / 1922–2021".