Joanna Barnes voit le jour le 15 novembre 1934 à Boston, dans l’État du Massachusetts aux Etats-Unis. Actrice et romancière, elle est la fille ainée d’une fratrie de trois filles Alice et Judith, de John Pindar Barnes et d’Alice Weston (née Munch).

Joanna est diplômée de la prestigieuse école préparatoire, la Milton Academy et du Smith College, où en 1956 elle est élue membre actif de Phi Beta Kappa (une fraternité d'étudiants américains). Elle a également remporté un prix de poésie lors des ses études. C'est lors d'une recherche pour un article de magazine sur la réalisation de films que Joanna envisage une carrière cinématographique.

En 1957, sans formation elle se rend à Los Angeles et se voit engager dans des séries télévisées de la Warner Bros dont : « Cheyenne » (1957/58); « Playhouse 90 » (1957) « Conflict » (1957) ; et une dizaine d’épisodes de « Maverick » de (1957/60). Cette même année, la très jolie Joanna au regard malicieux est recrutée par la Colombia Pictures et tourne son premier film, un petit rôle de modèle de mode non crédité, dans le policier « Racket dans la couture » (1957) de Vincent Sherman avec Lee J. Cobb et Gia Scala, elle enchaine avec un film noir « Pas le temps d'être jeune » de David Lowell Rich, aux cotés de Robert Vaughn et Roger Smith. Elle revient à la Warner jouait une jeune femme fêtarde dans le biopic « Une femme marquée » (1958) de Art Napoléon qui relate l'histoire de l'actrice Diana Barrymore, jouée par Dorothy Malone, où abandonnée par sa famille elle retrouve son père incarné par Errol Flynn, dix ans après leur séparation et suit son style de vie autodestructeur.

Elle attire rapidement l’attention du public en jouant la prétentieuse Gloria Upson dans le drame romantique « Ma tante » (1958) avec Rosalind Russell et Forrest Tucker. Elle a été nominée pour un Golden Globe Award pour la nouvelle star de l'année. Durant son parcours professionnel, Joanna alternera sa carrière entre le grand et le petit écran, elle apparaitra dans une quinzaine de films avec quelques créations de bonne facture et plus de 75 séries où elle interprète des personnages aux multiples facettes.

Dans onze épisodes de la série policière « 21 Beacon Street » (1959) elle tient le rôle de Lola, l'assistante du détective privé (Dennis Morgan), ensemble ils déterminent le coupable avec une méthode innovante et remet leur recherches à la police qui continue l'enquête. Le réalisateur Joseph M. Newman la choisit pour interpréter Jane la partenaire de Tarzan dans « Tarzan, l'homme singe » (1959), (elle sera la 13e actrices à tenir ce rôle), lors d'une expédition en Afrique à la recherche du cimetière des éléphants en compagnie de son père Robert Douglas et de Cesare Danova, Jane rencontre Tarzan, (Denny Miller) qui les sauve des cruels pygmées et les aide ensuite à découvrir le cimetière.

Durant l’année 1960, l’actrice tourne une dizaine de séries télévisées, et un seul film, où elle tient un rôle de soutient celui de Claudia Marius dans le chef-d’œuvre de Stanley Kubrick « Spartacus » interprété par Kirk Douglas un esclave devenu gladiateur, avec les principaux protagonistes, Laurence Olivier, Jean Simmons, Tony Curtis et Peter Ustinov.

Dans une comédie romantique « La fiancée de papa » (1961) produit par Walt Disney Productions et réalisé par David Swift, Margaret et Mitch (Maureen O'Hara et Brian Keith) sont les parents divorcés de Sharon et Susan (Hayley Mills jouant les deux rôles) deux jumelles de treize ans séparées après leur divorce, les deux fillettes se retrouvent dans un camp de vacances et décident de réunir leurs parents mais pour cela il faut qu'elles se débarrassent de Vicky (Joanna Barnes), bien décidée à épouser leur père par pur intérêt.

John Wayne, Joanna Barnes et Kirk Douglas - Dans le film de 1966 : La Caravane de Feu.

Dans une aventure criminelle d'Abner Biberman, « Trop de voleurs » (1966), elle donne la réplique à Peter Falk et Britt Ekland qui traquent quatre voleurs qui se sont s'emparés d'un trésor national de la Macédoine. Elle est Lola qui aguiche inlassablement Lomax, (Kirk Douglas), dans le fastueux western de Burt Kennedy « La caravane de feu » (1967), avec John Wayne qui, dépossédé de ses terres par Franck Pierce (Bruce Cabot) et sa bande, décide de se venger avec l'aide de son partenaire Lomax, un tueur à gages. Oublions ses trois derniers films qui ont peu d’intérêt, mise à part le remake « La fiancée de papa » (1961) sortie en 1998 sous le titre « A nous quatre » de Nancy Meyers où elle est Vicki Blake la mère de Meredith (Elaine Hendrix) qui veut épouser le père des deux jumelles.

Joanna Barnes rayonnera davantage à la télévision notamment dans la télévisée de science-fiction « La planète des singes » (1974) créée par Anthony Wilson, elle campe la scientifique Carsia (le seul singe aux yeux bleus) qui veut examiner le vaisseau spatial plutôt que le détruire avec Roddy McDowall dans le rôle du chimpanzé Galen ; puis des rôles différents dans quelques épisodes de « L'île fantastique » (1978/79) avec Ricardo Montalban ; on la voit aussi dans « Pour l'amour du risque » en 1982 avec Robert Wagner et Stefanie Powers et « Arabesque » en 1987 avec Angela Lansbury.

Parallèlement à sa carrière d’actrice Joanna fut dès 1967 et pendant 127 épisodes l'animatrice du Talkshow « Dateline Hollywood » sur ABC Television. Elle fut aussi une romancière et une chroniqueuse distinguée. Sa rubrique syndiquée « Touching Home », était publiée dans le Chicago Tribune et le New York News Syndicate. Elle a aussi publié plusieurs romans dont : « The Deceivers » (1970), « Pastora » (1980) et « Silverwood » (1985). Ses livres ont été publiés en Italie, en France, en Angleterre, en Suède, au Portugal et au Brésil.

Joanna Barnes et Paul Henreid en 1969

Coté vie privée ; Joanna Barnes fut marié trois fois; elle épouse en première noce, Richard Edward Herndon en 1955 et divorce en 1959, puis au réalisateur et scénariste Lawrence Dobkin en 1961, nouveau divorce en 1967 et en 1980 à l'architecte Jack Lionel Warner, le couple vivait à Montecito, en Californie, dans une maison qu'il avait conçue, il sont restés unis jusqu’au décès de Jack en 2012. L’actrice est décédée chez elle, à Sea Ranch, en Californie le 29 avril 2022 après de multiples problèmes de santé dans sa 88é années. Elle n’avait pas d’enfant…