Joni Mitchell nació como Roberta Joan Anderson el 7 de noviembre de 1943 en Fort Macleod, Alberta, Canadá. Sus padres fueron Myrtle Marguerite McKee, maestra, y William Andrew Anderson, teniente de vuelo de la Real Fuerza Aérea Canadiense. Durante la Segunda Guerra Mundial, la familia se trasladó a varias bases militares en el oeste de Canadá. Tras la guerra, se establecieron en Saskatchewan, viviendo en Maidstone y North Battleford, antes de mudarse a Saskatoon cuando Mitchell tenía 11 años, ciudad que ella considera su hogar natal.
Desde joven mostró interés por el arte, especialmente la pintura, y tuvo dificultades académicas. Un profesor, Arthur Kratzmann, la animó a escribir poesía, influencia que reconocería más tarde en su primer álbum. A los nueve años contrajo polio y estuvo hospitalizada durante semanas, lo que debilitó su mano izquierda. Aunque comenzó a fumar ese año, niega que haya afectado su voz. Para tocar guitarra, instrumento que deseaba aprender, tuvo que superar la desaprobación de su madre, quien lo asociaba con la música country. Finalmente aprendió con un libro de canciones de Pete Seeger e ideó afinaciones alternativas debido a su limitación física, lo que más tarde se convertiría en una característica distintiva de su estilo musical.
Empezó a cantar en fogatas con amigos en Saskatchewan, ampliando su repertorio con artistas como Édith Piaf y Miles Davis. Su primera actuación pagada fue en 1962 en un club de Saskatoon. Aunque no cantaba jazz, ya sentía una profunda admiración por el género, especialmente por el álbum The Hottest New Group in Jazz de Lambert, Hendricks and Ross, que consideró fundamental en su formación musical.

Tras graduarse en Aden Bowman Collegiate, estudió arte en el Saskatoon Technical Collegiate y luego en el Alberta College of Art en Calgary (1963-1964). Sin embargo, se sintió desilusionada por el enfoque técnico y la tendencia hacia el arte comercial y la abstracción pura. Abandonó la escuela a los 20 años debido a un embarazo inesperado, que dio como resultado el nacimiento de su hija Kilauren. Incapaz de mantenerla, la entregó en adopción, un hecho que mantuvo en privado durante décadas, aunque lo aludió en canciones como "Little Green" y "Chinese Cafe".

Después del nacimiento de su hija en 1965, Mitchell comenzó a tocar en clubes nocturnos de Canadá, especialmente en Yorkville, Toronto. Allí desarrolló su repertorio original, utilizando sus afinaciones abiertas únicas. En este tiempo conoció al músico estadounidense Chuck Mitchell, con quien se casó en junio de 1965, adoptando su apellido. La pareja se mudó a Detroit, donde actuaron juntos en cafeterías y clubes. Fue en esta etapa cuando comenzó a explorar afinaciones alternativas influenciada por el músico Eric Andersen.
El matrimonio terminó en divorcio a principios de 1967, momento en el que Mitchell decidió emprender una carrera como solista, mudándose a Nueva York. Tocó en clubes de folk por la Costa Este, destacándose por su estilo innovador de guitarra y su habilidad para componer canciones. Artistas como Judy Collins, Buffy Sainte-Marie y Tom Rush grabaron sus canciones, lo que le dio reconocimiento en la escena folk antes de lanzar su propio material.

En 1967, el músico David Crosby la descubrió en Florida y quedó impresionado por su talento. La llevó a Los Ángeles y la presentó a su círculo musical. Fue representada por Elliot Roberts, quien, junto con David Geffen, jugaría un papel clave en su carrera. Firmó con el sello Reprise, y Crosby produjo su álbum debut, Song to a Seagull (1968), un disco acústico sin sobregrabaciones, algo poco común en la época.

El álbum fue seguido por Clouds (1969), que incluyó sus versiones de canciones ya populares por otros artistas, como "Both Sides Now" y "Chelsea Morning". Ambas portadas fueron diseñadas y pintadas por Mitchell, reflejando su doble vocación artística. Clouds ganó el Grammy a la Mejor Interpretación de Folk en 1970, consolidando su reputación como una de las figuras más originales del folk contemporáneo.

Su tercer álbum, Ladies of the Canyon (1970), marcó una evolución hacia el pop y el rock, incorporando percusión, coros y piano. Incluyó éxitos como "Big Yellow Taxi", con su famosa crítica ambiental, y "Woodstock", una versión más introspectiva que la de Crosby, Stills, Nash & Young. El álbum fue un éxito comercial, convirtiéndose en su primer disco de oro.
En 1971 lanzó Blue, considerado uno de los álbumes más influyentes de la historia de la música. Totalmente confesional, exploró emociones profundas como el amor, la soledad y la vulnerabilidad. Canciones como "A Case of You", "River" y "The Last Time I Saw Richard" destacaron por su intensidad lírica y musical. David Crosby afirmó que para entonces Mitchell ya lo había superado como compositora. El álbum fue un éxito crítico y comercial, alcanzando el top 20 en Estados Unidos y el top 3 en el Reino Unido.

Tras el éxito de Blue, Mitchell regresó a los escenarios con nuevas canciones que conformaron For the Roses (1972), que incluyó el sencillo "You Turn Me On, I'm a Radio". En 1974 lanzó Court and Spark, su álbum más exitoso comercialmente. Marcó su coqueteo con el jazz y el rock, contando con la colaboración de la banda L.A. Express. El disco alcanzó el número 1 en las listas de Cashbox y generó éxitos como "Help Me" (número 7 en Billboard) y "Free Man in Paris".
La gira de Court and Spark fue grabada y lanzada como Miles of Aisles (1974), un álbum en vivo que alcanzó el número 2 en las listas. El álbum recibió cuatro nominaciones a los Grammy, incluida la de Álbum del Año, aunque solo ganó por Mejor Arreglo.

En 1975 lanzó The Hissing of Summer Lawns, un trabajo más experimental con influencias jazzísticas y estructuras complejas. Incluyó "The Jungle Line", una de las primeras canciones de rock en usar muestreo de música africana. El álbum fue aclamado por su innovación, aunque no tuvo el mismo éxito comercial.
Durante 1975 y 1976 participó en giras con Bob Dylan (Rolling Thunder Revue) y con The Band (The Last Waltz). En 1976 lanzó Hejira, un álbum inspirado en un viaje solitario por carretera. Contó con la colaboración del bajista de jazz Jaco Pastorius y es considerado uno de sus trabajos más introspectivos y musicales. Aunque no tuvo sencillos destacados, su prestigio ha crecido con el tiempo, y Mitchell lo considera único en su catálogo.

En 1977 lanzó su primer álbum doble, Don Juan's Reckless Daughter, que incorporó elementos de jazz, rock, folk y música orquestal. Incluyó colaboraciones con Weather Report, Chaka Khan y Wayne Shorter. Una de las canciones más ambiciosas fue "Paprika Plains", una pieza de 16 minutos con orquesta sinfónica.
La portada del álbum generó controversia por mostrar a Mitchell con maquillaje de cara negra (blackface), que defendió como una expresión artística inspirada en un encuentro con un hombre negro en Los Ángeles. Esta imagen fue reemplazada en 2024 en servicios de streaming por una foto alternativa de una sesión de 1985, sin que se diera una explicación oficial.
Tras el lanzamiento, colaboró con el legendario músico de jazz Charles Mingus, quien murió antes de completar el proyecto. Mitchell terminó el álbum, que se lanzó en 1979 como Mingus. Aunque fue mal recibido por la crítica y no alcanzó el estatus de oro, mostró su profunda conexión con el jazz.

La gira de promoción de Mingus fue grabada y lanzada en 1980 como Shadows and Light, su segundo álbum en vivo doble, que incluyó colaboraciones con Pat Metheny y Pastorius.

En 1982 lanzó Wild Things Run Fast, un regreso al pop con influencias del rock de los 80. Incluyó "Chinese Cafe/Unchained Melody" y una versión de "(You're So Square) Baby I Don't Care", que fue su sencillo más exitoso desde los 70. Ese mismo año se casó con el bajista y productor Larry Klein, con quien colaboró en varios álbumes.

En 1983 realizó la gira mundial "Refuge", grabada en video como Refuge of the Roads. En 1985 lanzó Dog Eat Dog, producido con Thomas Dolby, que incorporó sintetizadores y sonidos electrónicos. El álbum vendió menos que sus anteriores y generó controversia por la canción "Tax Free", una crítica a los televangelistas.
En 1988 lanzó Chalk Mark in a Rain Storm, un álbum con colaboraciones de artistas como Peter Gabriel, Willie Nelson, Tom Petty y Billy Idol. El dueto "My Secret Place" con Gabriel fue un éxito moderado. Temas como "Lakota" abordaron causas políticas, como el conflicto en Wounded Knee. El álbum fue bien recibido y mejoró su desempeño en las listas.
En 1990 participó en el concierto The Wall de Roger Waters en Berlín. Al año siguiente lanzó Night Ride Home, su primer álbum después de que Geffen Records fuera vendido a MCA. Musicalmente más acústico y sereno, fue mejor recibido que sus trabajos de los 80.

En 1994 lanzó Turbulent Indigo, un regreso triunfal que combinó crítica social y melodías accesibles. Canciones como "Sex Kills" y "The Magdalene Laundries" abordaron temas como la violencia de género y la corrupción. El álbum ganó dos Grammy, incluido el de Mejor Álbum Pop, y revitalizó su carrera ante una nueva generación de músicos.
En 1996 lanzó una colección de grandes éxitos (Hits) y un álbum de rarezas (Misses). En 1998 lanzó Taming the Tiger, promocionado con una gira junto a Bob Dylan y Van Morrison. Usó una guitarra con tecnología Roland que le permitía cambiar afinaciones sin reafinar, adaptándose a su estilo.
Durante esta época, los críticos notaron un cambio en su voz: más ronca y con menor rango. Mitchell atribuyó esto a nódulos vocales, problemas de laringe y secuelas de la polio, no al hábito de fumar, que negó como causa principal.

En 2000 lanzó Both Sides Now, un álbum de estándares de jazz con arreglos orquestales de Vince Mendoza. Incluyó nuevas versiones de sus canciones, adaptadas a su registro vocal más bajo. El álbum fue bien recibido y motivó una breve gira con orquesta.
En 2002 lanzó Travelogue, una colección orquestal de sus canciones, que anunció como su último álbum. Expresó su descontento con la industria musical y su deseo de independizarse, posiblemente mediante el lanzamiento de música en internet.

En 2007 colaboró con la Alberta Ballet Company en The Fiddle and the Drum, una obra coreografiada con sus canciones. Ese año lanzó Shine, su primer álbum de nuevas canciones en casi una década. Debutó en el número 14 en Billboard, su mejor posición desde 1976. El álbum incluyó "One Week Last Summer", que ganó un Grammy a la Mejor Interpretación Instrumental de Pop.
El mismo día del lanzamiento de Shine, Herbie Hancock lanzó River: The Joni Letters, un homenaje a su obra que ganó el Grammy al Álbum del Año en 2008. Mitchell participó en una canción del álbum.
En 2009 anunció que padecía la enfermedad de Morgellons y que se retiraría de la música para concienciar sobre esta condición. En 2010 hizo comentarios controvertidos sobre Bob Dylan, a quien acusó de plagio, aunque años después negó haber hecho esas declaraciones.

Mitchell divide su tiempo entre Los Ángeles, su lugar de trabajo, y una propiedad en Sechelt, Columbia Británica, su refugio personal. Desde 2011 se ha enfocado en su arte visual, que exhibe raramente.

En marzo de 2015 sufrió un aneurisma cerebral que la dejó temporalmente incapacitada. Tras un proceso de rehabilitación, reapareció públicamente en 2016. A partir de 2017, comenzó las "Joni Jams", sesiones mensuales de música en su casa con amigos músicos como Elton John, Paul McCartney, Brandi Carlile y Herbie Hancock, que la ayudaron a recuperarse.
Desde 2018, ha aprobado múltiples proyectos de archivo. Se lanzaron ediciones especiales de sus álbumes, documentales y libros, como Morning Glory on the Vine (2019), una colección de poesía y arte original. En 2020 se anunció la creación de los Joni Mitchell Archives con Rhino Records. El primer volumen, The Early Years (1963–1967), ganó el Grammy al Mejor Álbum Histórico en 2022, que Mitchell recibió personalmente.
En enero de 2022, retiró su música de Spotify en solidaridad con Neil Young, en protesta por la desinformación sobre el COVID-19 en el podcast de Joe Rogan. Restauró su catálogo en marzo de 2024, tras la reaparición de Young en la plataforma.

El 24 de julio de 2022, Mitchell hizo una aparición sorpresa en el Festival de Folk de Newport, donde no había actuado desde 1967. Participó en un set de 13 canciones con Brandi Carlile y otros músicos, siendo recibida con entusiasmo. Este concierto, lanzado en 2023, ganó el Grammy al Mejor Álbum Folk en 2024.
En octubre de 2022 se anunció su primer concierto principal en 23 años, "Joni Jam 2", en el Gorge Amphitheatre en junio de 2023. Ante 27.000 personas, interpretó un set de tres horas con 21 canciones, acompañada por 19 músicos. Fue aclamada como una leyenda viva.
En marzo de 2023 recibió el Premio Gershwin por sus contribuciones a la música popular, en un concierto con artistas como James Taylor, Diana Krall y Annie Lennox. En febrero de 2024 actuó por primera vez en los Premios Grammy. Se anunciaron nuevas fechas para conciertos en el Hollywood Bowl en octubre de 2024.
Joni Mitchell, figura central del cantautorismo y la innovación musical, ha trascendido géneros, superado adversidades y mantenido una influencia duradera en la música y el arte, consolidándose como una de las artistas más importantes del siglo XX y XXI.