Родилась в Китае, в семьей врачей, её бабушка и дедушка получили образование в Оксфорде, а родители учились в Гарварде. Училась в Шанхайской студии кино. Первая роль в 14 лет в фильме. В 1980 сыграла в фильме «Сяохуа» (режиссёр Чжан Чжэн), получила премию «Сто цветов». В 1981 выехала на учёбу в США. Стала сниматься в кино сначала в основном в боевиках типа «Ночной сталкер» (1986) так и в серьёзных эпических драмах: роль императрицы Вань Жун в «Последнем императоре» (1987) Бернардо Бертолуччи. Роль в телесериале «Твин Пикс» (1990) прославила её на всю Америку. В 1990-х снимается в основном в ролях второго плана: «Земля и небо» Оливера Стоуна (1993), «Безумие» Д. Кэммела (1995). За роль в фильме С. Гуань Цзиньпэна «Красная роза, белая роза» получила главную кинопремию Тайваня «Золотая лошадь» 1994. В 1999 году, состоялся режиссёрский дебют «Сю-Сю, сосланная» с успехом прошёл по мировым фестивалям. В 2000 году режиссировала мелодраму «Осень в Нью-Йорке» с Ричардом Гиром и Уайноной Райдер в главных ролях.
Джоан Чэнь замужем за кардиологом Питером Хэем, свадьба была 18 января 1992, это её второй брак. С 1985 до 1990 она была замужем за актёром Джимми Лау. Джоан и её муж имеют двух дочерей и живут в Сан-Франциско, периодически бывая в Шанхае, с семьей Джоан, чтоб их дочери могли знакомиться с китайской культурой.
В первые годы жизни в Калифорнии Чэнь училась в Калифорнийском государственном университете, Нортбридж. В 1989 она стала гражданкой Соединенных Штатов. 9 апреля 2008, Чэнь написала статью в «Washington Post» о Летних Олимпийских Играх в Пекине.
Джоан Чэнь активно занимается благотворительностью.