Joan Allen wurde am 20. August 1956 in Rochelle, Illinois, geboren. In der Familie der Hausfrau Dorothy Allen (geborene Wirth) und des Automechanikers Jeff Allen war sie das jüngste von vier Kindern.

Sie besuchte die Rochelle High School, wo sie eine Musterschülerin war, im Chor sang und Cello spielte. Danach studierte sie an der Western Illinois University in Macomb, die sie 1976 abschloss, und anschließend an der Eastern Illinois University. 1977 trat sie der Theatergruppe „Steppenwolf“ bei und begann, auf der Bühne zu spielen.

Ihre Schauspielkarriere begann die Schauspielerin in der berühmten Chicagoer Truppe „Steppenwolf Theater Company“ unter der Leitung von John Malkovich. Anfang der 80er Jahre begann sie, Theater zu spielen und in Low-Budget-Serien mitzuwirken. Ihr Filmdebüt war eine kleine Nebenrolle in dem Film „Compromising Positions“.

1988 trat sie am Broadway in Lanford Wilsons Stück „Burn This“ auf, wofür sie den Tony Award erhielt. Im Kino war sie eher selten zu sehen, und keine ihrer Rollen machte sie zum Star, aber alles änderte sich 1995 nach Oliver Stones Film „Nixon“, in dem Joan die Frau des Präsidenten spielte. Diese Rolle brachte der Schauspielerin wohlverdienten Ruhm; sie wurde für den Oscar und den Preis der British Academy nominiert.