Отец — пресвитерианский священник, профессор богословия в Университете Глазго, мать — из семьи потомственных медиков. Родная сестра Мэттью Бейли, известного английского врача и ученого. С 10 лет училась в Глазго, проявляя способности к рисованию, музыке и математике, но в наибольшей мере — к словесности и сценическому искусству. С 1784 Джоанна с матерью и сестрой (отец к тому времени скончался) поселилась в Лондоне. Через свою тетку, хозяйку литературного салона, Джоанна вошла в литературное общество Лондона, познакомилась с Фанни Бёрни, Элизабет Картер и др. Начала писать стихи и драмы.
В 1802 Джоанна Бейли переселилась в Хэмпстед. После смерти матери Джоанна с сестрой сформировали вокруг себя литературное и научное общество, другом и корреспондентом писательницы стал Вальтер Скотт, высоко ценивший её стихи и драмы, назвавший её «шотландским Шекспиром» и многократно использовавший произведения Бейли в эпиграфах к своим романам (самая известная пьеса Бейли «Семейная легенда» появилась в 1810 с предисловием В. Скотта). За несколько недель до её смерти из печати вышел том, в котором было собрано всё ею написанное (1851).
Стихи, песни и драмы Бейли пользовались известностью. На 10 ее стихотворений написал музыку Бетховен. В её пьесах играли крупнейшие актеры эпохи — Сара Сиддонс, Эдмунд Кин, Джон Филип Кембл. В последние годы интерес к её театру, отмеченному романтической готикой, заметно растёт.