Joan Allen nació el 20 de agosto de 1956 en la ciudad de Rochelle, Illinois. En una familia de la ama de casa Dorothy Allen (de soltera Wirth) y el mecánico de automóviles Jeff Allen, ella era la más joven de cuatro hijos.

Asistió a la escuela secundaria de Rochelle, donde fue una estudiante excelente, cantó en el coro y tocó el violonchelo. Luego asistió a la Universidad de Illinois Occidental en Macomb, donde se graduó en 1976, y luego a la Universidad de Illinois Oriental. En 1977 se unió a la compañía de teatro "Steppenwolf" y comenzó a actuar en el escenario.

La actriz comenzó su carrera actoral en la famosa compañía de Chicago "Steppenwolf Theater Company" bajo la dirección de John Malkovich. A principios de los años 80 comenzó a actuar en el teatro, así como en series de bajo presupuesto. Su debut cinematográfico fue un pequeño papel secundario en la película "Compromising Positions".

En 1988 apareció en Broadway en la obra de Lanford Wilson "Burn This", por la que recibió un premio Tony. En el cine aparecía con bastante poca frecuencia, y ninguno de los papeles la convirtió en estrella, pero todo cambió en 1995 después de la película de Oliver Stone "Nixon", donde Joan interpretó a la esposa del presidente. Este papel le trajo a la actriz una merecida fama, fue nominada al Oscar y al premio de la Academia Británica.