Hija de un físico mexicano y de una profesora de literatura, segunda hermana del físico John Baez, su carrera comienza en Boston, donde consiguió una gran repercusión con su actuación en el Newport Folk Festival de 1959, a los 18 años. Como resultado de ello, grabó su disco de debut en octubre de 1960, titulado sólo con su nombre para la compañía Vanguard. Compuesto por 13 canciones tradicionales, algunas de ellas baladas infantiles, sus versiones han resultado con el tiempo casi canónicas. Tuvo un éxito moderado, pero la edición de un segundo volumen de canciones en 1961 hizo recuperar para el gran público aquel primer disco, y ambos se convirtieron en grandes éxitos, como también lo sería su tercer disco: Joan Baez in Concert (1962).
Entre 1962 y 1964, Baez fue el rostro más popular de la música folk y de protesta, siendo la estrella de festivales y giras y cantando en actos políticos, entre los que se incluyen la Marcha sobre Washington de 1963 por los derechos civiles junto a Martin Luther King. Cantó en prisiones y como los afroamericanos no podían ir a los teatros de los blancos, Joan fue a cantar a sus teatros. Durante este periodo, empezó a estudiar el trabajo de Bob Dylan y, paulatinamente, su repertorio se desplazó del material tradicional al de tipo socialmente comprometido, en consonancia con la emergente generación de artistas de los años sesenta. Vivió con Bob Dylan entre 1963 y 1965 y juntos se ganaron el título del Rey y la Reina de la Canción protesta. Luchó en contra de la guerra de Vietnam y a favor de los derechos civiles. Por negarse a pagar los impuestos que ella consideraba se usaban en Vietnam, fue encarcelada varias veces y vigilada por la CIA. También usaba una gran parte de lo que ganaba en apoyar a organizaciones por los derechos civiles y la no-violencia.
Seguidora de Ghandi y de su ideología no-violenta, creó en Palo Alto el Instituto de Estudios para la No-Violencia, en 1963, y años más tarde Humanitas, una organización internacional pro Derechos humanos. Desde muy joven forma parte de Amnistía Internacional, organización mundial de derechos humanos.
Como otros intérpretes de folk, Baez se vio influenciada por la aparición de los Beatles en Estados Unidos y por el folk rock de Dylan. Como consecuencia de ello, aumentó su instrumental, que hasta el momento se basaba únicamente en su guitarra acústica, llegando a usar una orquesta entera en Joan (1967). Continuó experimentando a finales de los sesenta, como se comprueba en discos como Baptism (1968), en el que recita poesía, y en Any Day Now (1968), un doble disco de canciones de Bob Dylan con ambiente de country.
Joan Baez fue, y sigue siendo, una precursora. A finales de los 60 un periódico universitario le hizo una entrevista y le preguntó sobre su sexualidad. Ella respondió: bisexual. Ninguna artista se había atrevido antes a tanto. Al día siguiente el frente de la casa de Joan estaba invadido por cámaras de televisión, estaciones de radio, periodistas de todas partes, queriendo saber si lo que había dicho era verdad. Ella respondió que sí, sabiendo que se arriesgaba a ser condenada por la mayor parte de la sociedad y del mundo. En su autobiografía Una Voz Para Cantar, Joan cuenta que en realidad sólo había tenido una experiencia lésbica, pero que no podía negarla.
En marzo de 1968, Baez se casó con el líder antibelicista David Harris. De esa unión nació un hijo, Gabriel, que Joan tuvo sola porque Harris estaba en prisión por negarse a ir a la guerra. También un disco antibélico, en el que las canciones de Joan se intercalan con discursos pacifistas de Harris. Dado que Harris era aficionado al country, Joan regresó a este estilo en varios discos. Con su álbum de 1972 para A&M Records Come From the Shadows se aproximó al pop.
Junto al músico Ennio Morriconne compuso la música y letra de la banda sonora de la película "Sacco y Vanzetti". Su tema Here´s to You (Esto es para Usted) se convirtió en un éxito mundial.
En las navidades de 1971 Joan Baez viajó a Hanoi, entonces capital de Vietnam del Norte, soportando los peores bombardeos que recibió esa ciudad durante la guerra. De esa experiencia sacó uno de sus discos más conmovedores y valiosos, Where Are You Now, My Son? (Dónde estás ahora, hijo mío?) en donde mezcla la canción que le da título al disco (un largo poema en donde cuenta todo lo que vio en la guerra) con grabaciones hechas en Vietnam: las bombas cayendo, el llanto de la gente, la risa en medio de los nervios en los refugios anti-aéreos... A su regreso dio una conferencia en la Universidad de Stanford, contando su experiencia en Vietnam, que fue editada como folleto.[cita requerida] La guerra terminó. Y cuando el gobierno comunista de Vietnam se convirtió en una dictadura, Joan Baez fue la primera artista y persona, en el mundo, en denunciar las violaciones de derechos humanos en Vietnam en una página públicada en varios diarios. Este acto de honestidad la convirtió en blanco de ataques tanto por parte de la derecha como de la izquierda. Joan Baez soportó con estoicismo los ataques, que repercutieron en su carrera, y pocos años más tarde la misma gente que la había atacado salió a "denunciar" los horrores que se cometían en Vietnam. Pero a Joan Baez nadie le pidió disculpas.[cita requerida] En repudio al golpe de estado en Chile graba el disco "Gracias a la vida", completamente en español. En los años ´80 viajó a Latinoamerica, a darle su apoyo a los pueblos oprimidos por las dictaduras. En Argentina la dictadura puso bombas en el hotel donde ella estaba y la siguieron de día y de noche. En Brasil los militares le prohibieron cantar minutos antes de salir al escenario y con el teatro lleno. Entonces ella descubrió que un baño tenía una ventana que daba al teatro y desde allí dio su concierto. Se reunió con las madres de los detenidos-desaparecidos, con víctimas de las dictaduras y se convirtió en su voz cuando regresó a Estados Unidos, presentado un informe en Washington. Su gira fue registrada en un documental.
A finales de los sesenta y principios de los setenta, Baez se centró en el pop rock y empezó a escribir sus propias canciones, lo que culminó en el superventas Diamonds & Rust (1975), que fue seguido por el enteramente escrito por ella Gulf Winds (1976). Grabó varios discos para diversas compañías y, en 1993, Vanguard realizó Rare, Live & Classic, un triple disco de retrospectiva. Cantando en español, Joan Baez tuvo una versión de "Gracias a la vida" de la chilena Violeta Parra, en 2 versiones, la primera como solista y la segunda a dúo con la argentina Mercedes Sosa.
Ha escrito dos autobiografías: Daybreak (1968) y And a Voice to Sing With (1987).
En 1976 se reencuentra en los escenarios con Bob Dylan, cuando éste la invita a sumarse a su gira. También actúa en la película "Renaldo y Clara", dirigida y actuada por Dylan. Algunos festivales en los que participó: Woodstock, Newport, Monterrey, Live. Actualmente, en 2008, sigue recorriendo el mundo cantando, luchando por los derechos humanos, y grabando. Su nuevo CD, que salió a la venta en septiembre, se llama Day After Tomorrow. También se le conoce como la intérprete de "Rejoice in the sun", principal canción en la poco comprendida película (para la época), "Silent Running" o (en español) "Naves Misteriosas", la que habla de la tremenda importancia de la protección al medio ambiente, en un futuro próximo, llevando "Biodomos" al espacio con los últimos bosques y fauna -al estilo Noético- existentes en La Tierra antes del desastre natural provocado por el hombre y su "civilización". Historia que fue escrita por Diane Lampert y Peter Schickele en 1972.