Joan Chen nació en Shanghái, China. Siendo todavía adolescente, fue escogida para formar parte del Programa de Actores de los Shanghai Film Studios.

Tuvo su primer papel protagonista en Qingchun (Juventud), en la que trabajó con el aclamado director Xie Jin. Su siguiente papel protagonista fue en Xiao hua (Pequeña flor), de Zhang Zheng, por la que ganó el Premio a la Mejor Actriz China.

Se trasladó a Estados Unidos para estudiar Realización y se licenció cum laude en la Universidad Estatal de California. Siguió trabajando como actriz en Estados Unidos y en otros países. Ha tenido papeles protagonistas en Tai-Pan, de Daryl Duke; El último emperador, la oscarizada película de Bernardo Bertolucci; La sangre de los héroes, de David Webb Peoples; Turtle Beach, de Stephen Wallace; Golden Gate, de John Madden, y El cielo y la tierra, de Oliver Stone. También encarnó a Josie Packard en la clásica serie "Twin Peaks".

Regresó a Shanghái en 1993 para hacer el primer papel en Hong meigui, bai meigui (Rosa roja, rosa blanca), también adaptada a partir de una novela de Eileen Chang, y por la que ganó el Premio Caballo Dorado, el equivalente taiwanés del Oscar, y el Premio de la Sociedad de Críticos de Cine de Hong Kong a la Mejor Actriz.

Debutó como realizadora con el largo Xiu Xiu, muy aclamado por la crítica, del que coescribió el guión con el autor Yan Geling. La película ganó un Caballo Dorado a la Mejor Película y al Mejor Director. El Consejo Nacional de Críticos le otorgó el Premio Internacional a la Libertad de Expresión y la revista Variety la incluyó en su lista de "10 directores en auge". Su segunda película detrás de la cámara fue Otoño en Nueva York, con Richard Gere y Winona Ryder.

Últimamente ha protagonizado tres películas en China: Mo li hua kai (Jazmín); Xiang ri kui, de Zhang Yang, y Tai yang zhao chang sheng qi (También amanece), de Jiang Weng. Además ha trabajado en las producciones independientes Guardando las apariencias, de Alice Wu, y The Home Song Stories, de Tony Ayres.