Joanna Pettet przyszła na świat w Londynie w 1942 roku jako Joanna Jane Salmon. Jej ojciec, Harold Nigel Edgerton Salmon, był pilotem RAF-u i zginął podczas II wojny światowej. Matka po wojnie wyszła ponownie za mąż i wyjechała z córką do Kanady. Tam Joanna została adoptowana przez ojczyma i przyjęła jego nazwisko.

Na studia wyjechała do Nowego Jorku, gdzie uczyła się aktorstwa w Neighborhood Playhouse School of Theatre. Debiut sceniczny miała na Broadwayu w sztukach "Take Her, She's Mine" (była dublerką Elizabeth Ashley), "The Chinese Prime Minister" i "Poor Richard", gdzie grała u boku Alana Batesa. Ta rola przyniosła jej prestiżową nagrodę Theatre World Award w 1965 roku. W tym czasie zaczęła się także pojawiać epizodycznie w serialach telewizyjnych.

Karierę kinową rozpoczęła w 1966 roku filmem "Przyjaciółki". Rok później pojawiała się aż w trzech znaczących produkcjach: brytyjskim thrillerze "Robbery" Petera Yatesa, "Nocy generałów" Anatole'a Litvaka i w parodii filmów o Jamesie Bondzie "Casino Royale", gdzie wcieliła się w uwodzicielską Matę Bond.

Pomimo tak obiecującego debiutu jej kariera nie nabrała zawrotnego tempa. Mimo iż posiadała solidny warsztat aktorski, to obsadzano ją w rolach, które podkreślały jej urodę, a nie talent. Seria występów w nieudanych produkcjach takich jak "Blue" czy "Najlepszy dom w Londynie" położyła się cieniem na jej pozycji w filmowym świecie.

W 1968 roku zgodziła się pozować dla Playboya. W tym samym roku poślubiła też aktora Alexa Corda (z którym rozwiodła się 9 lat później). Wkrótce urodził się im syn, Damien Zachary.

Lata 70. i 80. spędziła grywając głównie w telewizji i niskobudżetowych filmach. W tym czasie nie dane jej było wystąpić w ani jednej znaczącej produkcji. W latach 90. postanowiła wycofać się z branży, a ostatnim obrazem, w jakim się pojawiała był 'Terror in Paradise".

W 1995 roku przeżyła osobistą tragedię. Jej jedyny syn zmarł w wieku 26 lat w wyniku przedawkowania heroiny. Pod wpływem tych doświadczeń aktorka odizolowała się od świata. Zamieszkała na odludziu, na pustyni Anza-Borrego w Kalifornii, a później przeniosła się do Londynu, by towarzyszyć choremu na raka Alanowi Batesowi w ostatnich latach jego życia. Opiekowała się nim aż do jego śmierci w 2003 roku.