Elle a grandi dans un milieu artistique car son père était acteur et sa mère danseuse. Enfant, elle avait déjà montré son goût pour la musique. À huit ans, elle chante avec ses parents qui sont membres d'un groupe de musique traditionnelle africaine.
À 17 ans, Joanna commence à écrire des chansons et enregistre sa première démo avec le producteur Alain Bashung. C'est à partir de ce moment qu'elle décide de changer son nom pour Joanna.
En 1986, elle sort son premier album, "Joanna", qui rencontre un grand succès critique et commercial en France. Ce disque contient les tubes "Ma liberté de penser" et "Je t'aime tant". Le même année, elle représente la France au Concours Eurovision de la chanson avec le titre "Trop nu", terminant à la 5e place.
En 1987, Joanna sort son deuxième album "Loin", qui est également un succès. C'est à partir de ce moment qu'elle commence à s'intéresser au reggae et plus spécifiquement à Bob Marley. Elle enregistre donc une version de la chanson "No Woman, No Cry".
En 1988, elle est diplômée de l'École des Beaux-Arts de Paris. Parallèlement à sa carrière musicale, Joanna continue de peindre et d'exposer ses œuvres dans différentes galeries parisiennes.
En 1989, elle sort son troisième album "Va t'en", qui est encore une fois un succès. Cet album contient le titre "Un jour" qui devient un des tubes de l'année.
En 1992, Joanna se marie avec le chanteur Manu Chao. Ensemble, ils ont deux enfants, Ahasja et Manuela. Le couple divorce en 1998.
En 2004, elle sort son quatrième album "Le jour où je lirai tous mes livres". Puis en 2008, elle sort son cinquième album "Un monde à construire" qui est son dernier album avant sa disparition.
Joanna Balavoine a également réalisé des collaborations avec d'autres artistes tels que Manu Chao, Jacques Higelin, Alain Bashung et Youssou N'Dour.
Le 17 janvier 2011, Joanna décède à l'âge de 44 ans d'un cancer du sein qu'elle ne souhaitait pas révéler publiquement. Son dernier album sorti après sa disparition est devenu un disque de platine en France.
Depuis sa mort, sa musique et ses textes sont toujours très appréciés par le public français et elle reste une icône du rock français.