Actrice britannique, Joanna Pettet passe son enfance à Montréal. Elle étudie le théâtre à la Neighborhood Playhouse de New York, avant de débuter à la scène. On lui propose aussi des rôles à l’écran : à la télévision en 1964, et au cinéma deux ans plus tard.
Joanna Pettet intègre ainsi le casting féminin et choral du film Le groupe (1966) de Sidney Lumet, avant de tourner La nuit des généraux (1967) d’Anatole Litvak. Son rôle le plus célèbre reste celui de Mata Bond dans le parodique Casino Royale (collectif, 1967). Après avoir été la covedette de Trois milliards d’un coup (1967) de Peter Yates, sa carrière au cinéma s’essouffle assez vite.
Elle est encore en tête d’affiche dans El Gringo (1968) de Silvio Narizzano et Le club des libertins (1969) de Philip Saville. Et tente d’improbables come-back dans Welcome to Arrow Beach (1973) de Laurence Harvey et Le couloir de la mort (1978) de Gus Trikonis. En revanche, la comédienne est prolifique au petit écran, apparaissant dans plusieurs séries (Night Gallery) et des téléfilms.
Dans les années 1980 et 90, on peut encore la voir dans Déclics (1982) de William Byron Hillman, Othello (1982) de Max H. Boulois, Sweet Country (1987) de Michael Cacoyannis et Terror in Paradise (1991) de Peer J. Oppenheimer. Elle se retire ensuite de la profession. Joanna Pettet avait été la compagne d’Alan Bates, jusqu’à sa mort (2003). Elle est décédée le 7 juillet 2026 à l’âge de 83 ans.