Мэри Мэдэлин Эллис родилась в Гонконге. В 1939 году началось вторжение японских войск в Китай, и они с матерью эмигрировали в Сан-Франциско, где юная Мэри стала работать на радио.
Её первая роль в кино была в фильме 1944 года «Песнь о России», для которого киностудия «MGM» изменила её имя на Джоан Лорринг. В этом же году она снялась в картине «Мост короля Людовика Святого», а годом позже сыграла вместе с Бетт Дэвис в фильме «Кукуруза зелёная», за роль в котором была выдвинута на «Оскар», как лучшая актриса второго плана.
В 1950 году Джоан Лорринг играла на Бродвее в пьесе «Вернись, маленький Шеба». Позже стартовала её карьера на телевидении, где у неё были главные роли в мыльных операх «Храбрая леди» и «Норби». В 1980 году, перед тем как навсегда оставить кино, она снялась в небольшой роли в сериале «Лодка любви».
Актриса замужем за нью-йоркским эндокринологом Мартином Сонненбергом, от которого родила двух дочерей.