Первые три года своей жизни Йоко провела с матерью Исоко Оно (д. Ясуда) в Токио, в то время как отец, Эйсуке Оно, жил и работал в Сан-Франциско, занимая руководящую должность в американском представительстве Bank of Japan. В 1936 году Йоко с матерью переехали к отцу, однако еще через год были вынуждены вернуться в Японию, так как отец был переведен в Нью-Йоркское отделение банка. В 1940 семья повторно воссоединилась, однако опять ненадолго — с началом Второй мировой войны Йоко с матерью решили вернуться на родину.
С 1943 по 1953 год Йоко получала образование в престижной школе Гакусуин. В 1953 году она поступила в колледж Сары Лоуренс в Америке, где в последующие несколько лет обучалась литературе и музыке, намереваясь стать оперной певицей.
В 1956 году Йоко, вопреки протестам родителей, вышла замуж за Тоси Итиянаги англ. , талантливого, но бедного композитора. Несколькими годами позже Тоси был принят на работу репетиционным пианистом в танцевальную труппу Мерси Каннингхэма, человека, имевшего связи с нью-йоркскими авангардистами.
Последующие годы она провела в попытках заслужить признание публики. Однако многочисленные перфомансы, выставки и спектакли не имели успеха, а критики отказывались принимать Йоко Оно всерьез. Вследствие своих неудач девушка впала в депрессию и неоднократно пыталась покончить с собой, но всякий раз Тоси удавалось её спасти. В 1962 году информация об образе жизни дочери дошла и до родителей, после чего Оно была насильно перевезена в Японию и помещена в одну из психиатрических клиник.
Именно там её нашел будущий муж — Энтони Кокс.англ. Он был большим поклонником её творчества, и, узнав о случившемся, немедленно приехал в Японию с целью найти Йоко и оказать ей поддержку. После выписки они вдвоем вернулись в Нью-Йорк, где Тони стал продюсером проектов Йоко, и её дела пошли несколько лучше. 8 августа 1963 года у них родилась дочь Кёко Оно Кокс.
Она приехала в Лондон вместе с Тони и Киоко в 1966 году, чтобы продвинуться в художественных начинаниях. Джон Леннон, участник The Beatles, пришел на её выставку в галерее «Индика» по рекомендации Пола Маккартни.
По официальной версии, растиражированной впоследствии Джоном и Йоко, Джона до глубины души поразил один из экспонатов выставки: в комнате с белыми стенами стояла лестница, а к потолку была подвешена лупа. Поднявшись, зритель должен был взять лупу, и с её помощью прочитать на висящем под потолком холсте слово «Да». По его собственным словам, Леннон ожидал подвоха, дающего понять зрителю, что он напрасно так высоко залез, и был в восторге, увидев, что там написано «Да».
После первой встречи на выставке Йоко неоднократно пыталась добиться внимания Джона. Она часами сидела у ворот его дома в Кенвуде, пытаясь найти повод попасть внутрь. Однажды супруга Леннона Синтия впустила её, чтоб та могла вызвать такси. Через некоторое время Йоко заявила, что забыла у Леннонов свое кольцо, и засыпала Джона письмами с угрозами и требованиями денег. Синтия, которая уже и так недоумевала по поводу этой странной японки, была шокирована, когда однажды увидела посылку, полученную от Йоко: в коробке из-под «Котекса» лежала разбитая чашка, измазанная в красной краске.
После смерти Брайана Эпстайна в 1967 году Джон был безутешен. В это же время Йоко всерьез переживала за безопасность себя и своей дочери: Тони, прежде поддерживавший её связь с Ленноном, решил, что дело перешло допустимые границы, и начал применять насилие к жене и ребенку, желая положить конец изменам.
Жизненные трудности сблизили их, и летом 1968 года Джон и Йоко начали жить вместе в квартире Ринго Старра, расположенной в Монтегю-сквере в Лондоне.
Джон стал часто приводить Йоко на репетиции The Beatles, нарушая негласное правило группы не пускать посторонних в студию. Из-за этого музыканты ощущали дискомфорт, и напряжение внутри группы возрастало В то же время Джон и Йоко занимались совместным творчеством. Йоко принимала участие в записи некоторых песен The Beatles («Revolution 9», «Birthday», «The Continuing Story of Bungalow Bill»).
В 1969 году Оно и Леннон создали свою группу, назвав её Plastic Ono Band.
В последующие несколько лет они совместно осуществили ряд весьма сомнительных, по мнению критиков, авангардных проектов.
Через два года после распада Beatles Леннон и Оно переехали в Нью-Йорк. Продолжительное время Ленноны находились на грани высылки из Соединенных Штатов в связи с обвинениями по делу о хранении наркотиков. Йоко очень нервничала по этому поводу, так как возвращение в Лондон умаляло её шансы на воссоединение с дочерью Киоко, которая уже несколько лет жила в США с отцом.
В 1973 году напряжение достигло своего предела, и Йоко приняла решение расстаться с Джоном. Она свела его с Мэй Пэнг, личной помощницей Леннонов, и отправила их на отдых в Лос-Анджелес, оставшись жить в Нью-Йорке. В биографии Леннона этот период обычно называют «потерянным уик-эндом».
В 1975 Йоко и Джон помирились. По слухам, для этого Йоко даже пришлось провести для Джона несколько сеансов гипноза.
Их сын, Шон, родился в день рождения Леннона, 9 октября 1975 года. После рождения Шона и до убийства Джона Леннона 8 декабря 1980-го года пара жила в относительном уединении в Дакоте в Нью-Йорке.
Через некоторое время после убийства мужа Оно вступила в брак с дилером антикварных вещей Сэмом Хавадтоем, который продлился до 2001 года. Она была также замечена в связях с коллегой Хавадтоя, Сэмом Грином. В 1982 был выпущен альбом «It’s Alright (I See Rainbows)». Синглы «My Man» и «Never Say Goodbye» имели успех на местных радиостанциях.
В 1984 выпущен альбом трибьютов «Every Man Has a Woman», состоящий из лучших песен Оно, исполненных такими артистами, как Элвис Костелло, Роберта Флэк, Эдди Мони, Розэнн Кэш и Гарри Нильсон. Позже в том же году Йоко выпустила незаконченный альбом Леннона «Milk and Honey».
Последний альбом Оно 1980-х годов — «Starpeace», названный так в противовес ракетной системе обороны «Starwars» Рональда Рэйгана. «Starpeace» стал самым успешным сольным произведением Йоко Оно: сингл «Hell in Paradise» достиг #16 в американских чартах и #26 в Billboard Hot 100. В поддержку этого альбома был проведен гастрольный тур по странам Восточной Европы.
Достаточно продолжительное время Йоко посвятила перезаписи и ремастерингу своих альбомов на лейбле Rykodisc. В 1992 вышел коллекционный набор из шести дисков «Onobox». Он включал в себя сольные произведения Йоко и материал Леннона с сессий «потерянного уик-энда» 1974 года. Также был выпуск «суперхитов», содержащий основные моменты «Onobox», названный «Walking on Thin Ice». В том же году она дала большое интервью музыкальному обозревателю Марку Кемпу для журнала «Option». Речь шла о музыкальных взглядах самой Йоко Оно, и её позиционирования как артиста, впервые объединившего популярную музыку с авангардом.
В 1995 выпущен альбом «Rising» созданный совместно с Шоном Ленноном и его группой «Ima». Мировое турне в поддержку альбома прошло в Европе, Японии и США.
В 2002 году Йоко Оно выиграла судебный процесс по делу бывшего личного помощника музыканта Фредерика Симэна. Симэн обязался вернуть все 374 фотографии Леннона и его семьи Йоко и передать ей все права на эти снимки. Он также пообещал вернуть ей все вещи, имеющие отношение к Джону или Йоко, которые все еще находятся у него.
В 2002 году был создан ряд клубных ремиксов песен Йоко Оно. Для этого проекта она сократила свое имя до «ONO», как ответ на «Oh, no!» — шутку, которая преследовала её в течение всей жизни. Проект «ONO» имел большой успех с ремиксами «Walking on Thin Ice», созданными Pet Shop Boys, Orange Factory, Peter Rauhofer, и Danny Tenaglia. В апреле 2003, альбом ремиксов «Walking on Thin Ice» стал лидером Dance/Club Play Chart журнала Billboard. На оригинальной версии этого сингла 1981-го года, спродюсированной Ленноном, можно услышать его ремарку: «I think we’ve just got your first No.1, Yoko».
Она вновь становилась лидером чартов в ноябре 2004 с синглом «Everyman…Everywoman…» (ремейк песни «Every Man Has a Woman Who Loves Him»), в январе 2008 с «No No No», и в августе 2008 с «Give Peace a Chance».
В июне 2009, в возрасте 76 лет, Оно в пятый раз стала лидером Dance/Club Play Chart, с синглом «I’m Not Getting Enough».
В 2009 записан альбом «Between My Head and the Sky», первый альбом группы Plastic Ono Band с 1973 года. 16 февраля 2010 года Шон Леннон организовал концерт под названием «We Are Plastic Ono Band», на котором выступили Йоко Оно, Эрик Клэптон, Клаус Вурман и Джим Келтнер.
Йоко Оно приходится племянницей знаменитой скрипачке Анне Бубновой.
В 1916 году Сюнъити Оно, брат отца Йоко, закончил обучение в СПбГУ и женился на Анне Бубновой, после чего увёз её в Японию. Несколькими годами позже, после смерти их единственного сына, Анна стала посвящать много времени своей племяннице Йоко.
В мае-июне 2007 года в рамках 2-й Московской биеннале в ЦУМе прошла первая и пока единственная российская выставка Йоко Оно «Одиссея таракана».
В июле 2007 года Йоко Оно посетила Берново — родину своей тётки, которая после смерти мужа вернулась в СССР.