Joan Baez nació el 9 de enero de 1941 en Staten Island, Nueva York. Su padre, Albert V. Baez, era un físico que llegó a Estados Unidos desde México a una edad muy temprana, y su madre era de ascendencia europea occidental. Joan heredó la tez oscura de su padre, y los prejuicios raciales ocasionales (odio a una raza) que sufrió de niña probablemente la llevaron a su posterior participación en el movimiento por los derechos civiles, un movimiento que exigía la igualdad de derechos para todas las razas. Aunque de adulta afirmó no compartir la estricta fe religiosa de sus padres, sin duda contribuyó a lo que algunos llamaron su aguda "conciencia social".
Baez estuvo expuesta a una atmósfera intelectual con música clásica durante su infancia, pero rechazó las lecciones de piano en favor de la guitarra y el rock and roll. Los trabajos de investigación y docencia de su padre llevaron a la familia a varias ciudades estadounidenses y extranjeras. Cuando Joan tenía diez años, pasó un año en Irak con su familia. Allí estuvo expuesta a las duras y extremadamente pobres condiciones del pueblo iraquí, algo que sin duda tuvo un efecto en su posterior carrera como cantante y activista. Baez asistió a la escuela secundaria en Palo Alto, California, donde se destacó más en la música que en las materias académicas. Poco después de su graduación en 1958, su familia se mudó a Boston, Massachusetts, donde el interés de Baez por la música folk resurgió después de visitar una cafetería donde actuaban cantantes folk aficionados.

Baez asistió brevemente a la Universidad de Boston, donde se hizo amiga de varios cantantes folk semiprofesionales de los que aprendió mucho sobre el arte. Además de las canciones folk sencillas, comenzó a cantar baladas angloamericanas, blues, espirituales y canciones de varios países. Mientras trabajaba para desarrollar su técnica y su repertorio de canciones, Baez comenzó a actuar profesionalmente en cafeterías de Boston y rápidamente se convirtió en la favorita de los estudiantes de la Universidad de Harvard. También fue notada por otros cantantes folk, incluido Harry Belafonte (1927–), quien le ofreció un trabajo en su grupo de canto.
En el verano de 1959, Baez fue invitada a cantar en el Festival Folk de Newport en Rhode Island. Esta actuación la convirtió en una estrella, especialmente para los jóvenes, y la llevó a entablar amistad con otros importantes cantantes folk como la familia Seeger y Odetta. Aunque la actuación le trajo ofertas para hacer grabaciones y giras de conciertos, decidió reanudar sus apariciones en las cafeterías de Boston.
Después de la segunda aparición de Baez en Newport en 1960, grabó su primer álbum para Vanguard Records. Simplemente titulado Joan Baez, fue un éxito inmediato. En ese momento era una figura tan popular que podía elegir sus propias canciones y diseños de utilería para sus actuaciones.

En los años siguientes, Baez cantó ante multitudes a su máxima capacidad en campus universitarios y salas de conciertos estadounidenses, y en varias giras por el extranjero. Sus ocho álbumes de oro y un sencillo de oro demostraron su popularidad como cantante.

Si bien muchos críticos estaban de acuerdo en que la voz de canto no entrenada de Baez era inusualmente inquietante, hermosa y muy relajante, veían sus palabras habladas, su estilo de vida y sus acciones como conflictivas y, a veces, antiestadounidenses. En el cambiante mundo de la década de 1960, Baez se convirtió en un centro de controversia (abierto a debate) cuando usó sus talentos para el canto y el habla para instar a la falta de pago de impuestos utilizados para fines bélicos y a instar a los hombres a resistir el reclutamiento durante la Guerra de Vietnam (1965–73; cuando Estados Unidos ayudó a Vietnam del Sur a luchar contra Vietnam del Norte). Ayudó a bloquear los centros de reclutamiento y fue arrestada dos veces por tales violaciones de la ley.
Baez se casó con el escritor y activista David Harris en marzo de 1968. Estaba embarazada de su hijo, Gabriel, en abril de 1969, y tres meses después vio a su esposo arrestado por negarse a la inducción a las fuerzas militares. Pasó los siguientes veinte meses en una prisión federal en Texas.
A principios de la década de 1970, Baez comenzó a hablar con mayor dureza. A fines de la década, había ofendido a docenas de sus antiguos aliados activistas por la paz, como Jane Fonda (1937–) y el abogado William Kunstler, con sus puntos de vista sobre el Vietnam de la posguerra. Como había hecho en el caso de Chile y Argentina (sin protestas públicas de sus antiguos asociados), Baez pidió que se extendieran los derechos humanos a aquellos centros en el país devastado por la guerra.

En años posteriores, la carrera de cantante de Baez flaqueó a pesar de varios intentos de revivirla. Su esfuerzo de 1985 presentó un peinado y una vestimenta más convencionales. Sus partidarios creían que recuperaría su prominencia en la industria del entretenimiento porque su voz, aunque más profunda, tenía las mismas cualidades que la hicieron tan exitosa antes. Mientras tanto, estaba bastante ocupada en todo el mundo como jefa del Comité Internacional de Derechos Humanos Humanitas, que se concentraba en distraer (de cualquier manera no violenta posible) a aquellos que, según ella, ejercían un poder no autorizado.

Baez ha continuado haciendo música e influyendo en artistas más jóvenes. En 1987, Baez lanzó Recently, su primer álbum de estudio en solitario en ocho años. Fue nominada a un premio Grammy en 1988 a la Mejor Grabación Folk Contemporánea por "Asimbonanga", una canción del álbum. También en 1988, Baez grabó Diamonds and Rust in the Bullring en Bilbao, España. El álbum fue lanzado el abril siguiente. En 1990, Baez hizo una gira con las Indigo Girls y el trío fue grabado para una presentación en video del Servicio de Radiodifusión Pública (PBS), "Joan Baez In Concert". En 1993, se lanzaron dos grabaciones más de Baez: Play Me Backwards, que consistía en material nuevo; y Rare, Live & Classic, una colección de su carrera de 1958 a 1989, que presentaba veintidós temas inéditos. Baez lanzó Gone from Danger en 1997 y Farewell Angelina en 2002.
El interés de la cantante por la política y los derechos humanos también ha continuado. En 1993, Refugees International la invitó a viajar a Bosnia-Herzegovina para ayudar a llamar la atención sobre el sufrimiento allí. En septiembre de ese mismo año, Baez se convirtió en la primera artista importante en actuar en un concierto profesional en la isla de Alcatraz (la antigua Penitenciaría Federal) en San Francisco, California. Fue una actuación benéfica para la organización de su hermana Mimi Farina, Bread & Roses. Regresó a la isla para un segundo beneficio en 1996 junto con las Indigo Girls y Dar Williams. También ha apoyado la causa gay y lesbiana. En 1995, se unió a Janis Ian en una actuación en el evento de recaudación de fondos Fight the Right del Grupo de Trabajo Nacional Gay y Lesbiano en San Francisco.

En 2001, Farrar, Straus, and Giroux publicó Positively Fourth Street de David Hajdu. El libro es un retrato íntimo que explora las relaciones entre Joan, Mimi Farina, Richard Farina y el también folkster Bob Dylan (1941–) durante la escena folk de la ciudad de Nueva York a principios de la década de 1960.
El álbum de Baez, Dark Chords on a Big Guitar (2003), presenta canciones de compositores que tienen la mitad de su edad, mientras que una actuación en noviembre de 2004 en el Bowery Ballroom de la ciudad de Nueva York fue grabada para un lanzamiento en vivo, Bowery Songs (2005). El 1 de octubre de 2005, actuó en el festival Hardly Strictly Bluegrass, en el Golden Gate Park de San Francisco.
Luego, el 13 de enero de 2006, Baez actuó en el funeral de Lou Rawls, donde dirigió a Jesse Jackson Sr., Stevie Wonder y otros en el canto de "Amazing Grace". El 6 de junio de 2006, Baez se unió a Bruce Springsteen en el escenario en su concierto de San Francisco, donde los dos interpretaron el himno itinerante "Pay Me My Money Down". En septiembre de 2006, Baez contribuyó con una versión en vivo y remodelada de su canción clásica "Sweet Sir Galahad" a un álbum exclusivo de Starbucks XM Artist Confidential.
En la nueva versión, cambió la letra "here's to the dawn of their days" (brindemos por el amanecer de sus días) a "here's to the dawn of her days" (brindemos por el amanecer de sus días), como un tributo a su difunta hermana Mimi, sobre quien Baez escribió la canción en 1969.

El 8 de octubre de 2006, Baez apareció como invitada especial sorpresa en la ceremonia de apertura de la conferencia internacional Forum 2000 en Praga. Su actuación se mantuvo en secreto para el expresidente de la República Checa Václav Havel hasta el momento en que apareció en el escenario. Havel era un gran admirador de Baez y de su trabajo.

Durante la siguiente visita de Baez a Praga, en abril de 2007, los dos se encontraron de nuevo cuando ella actuó frente a un teatro lleno en el Lucerna Hall de Praga, un edificio erigido por el abuelo de Havel. El 2 de diciembre de 2006, hizo una aparición especial en el Concierto de Navidad del Oakland Interfaith Gospel Choir en el Paramount Theatre en Oakland, California. Su participación incluyó versiones de "Let Us Break Bread Together" y "Amazing Grace". También se unió al coro en el final de "O Holy Night".
En febrero de 2007, Proper Records reeditó su álbum en vivo de 1995 Ring Them Bells, que incluía duetos con artistas que iban desde Dar Williams y Mimi Fariña hasta las Indigo Girls y Mary Chapin Carpenter. La reedición presenta un folleto de 16 páginas y seis temas en vivo inéditos de las sesiones de grabación originales. Además, Baez grabó un dueto de "Jim Crow" con John Mellencamp que aparece en su álbum Freedom's Road (2007). También en febrero de 2007, recibió el Premio Grammy a la Trayectoria. El día después de recibir el honor, apareció en la ceremonia de los premios Grammy y presentó una actuación de las Dixie Chicks.
En septiembre de 2008 se lanzó el álbum de estudio Day After Tomorrow, producido por Steve Earle y con tres de sus canciones. El álbum fue el primer disco de Baez en las listas de éxitos en casi tres décadas. El 29 de junio de 2008, Baez actuó en el escenario acústico del Festival de Glastonbury tocando el set final para una audiencia abarrotada. El 6 de julio de 2008, tocó en el Festival de Jazz de Montreux en Montreux, Suiza. Durante el final del concierto, bailó espontáneamente en el escenario con una banda de percusionistas africanos.
El 4 de abril de 2017, Baez lanzó en su página de Facebook su primera canción nueva en 27 años, "Nasty Man", una canción de protesta contra el presidente de Estados Unidos Donald Trump, que se convirtió en un éxito viral. El 7 de abril de 2017, fue incluida en el Salón de la Fama del Rock and Roll. El 2 de marzo de 2018, lanzó un nuevo álbum de estudio titulado Whistle Down the Wind, que entró en las listas de muchos países y fue nominado a un Grammy, y emprendió su "Fare Thee Well Tour" para apoyar el álbum.