Joanna Bailie étudie la composition avec Richard Barrett et la musique électronique au Conservatoire Royal de La Haye, aux Pays-Bas. En 1999, elle obtient une bourse de l'Université de Columbia. Elle complète ensuite son doctorat à l'Université City de Londres en 2018.

Elle recourt à l’électronique dans nombre de ses pièces instrumentales, dans le champ d’une musique mixte élargie qui n’hésite pas au-delà des instruments amplifiés, à employer d’autres sources sonores issus de la technologie (radios, lecteurs CD, vidéo, Field Recording).

Sa musique a été jouée par des ensembles comme Musikfabrik, le Klangforum Wien, L'instant Donné, EXAUDI, l'Ensemble Mosaik, l'Ensemble Nadar, le Nieuw Ensemble, Apartment House, les Neue Vocalsolisten Stuttgart, le London Sinfonietta, le BBC Scottish Symphony Orchestra, le SWR Vokalensemble et le Ives Ensemble. Elle a été programmée dans des festivals comme les Donaueschinger Musiktage, ECLAT, la biennale de Venise, le festival de Huddersfield, le SPOR Festival, le festival Reims Scènes d'Europe, Tuned City, les Rainy Days Festival Luxembourg, Darmstadt, les festivals Borealis et Ultima en Norvège et le festival Transit en Belgique.

En mai 2010, elle est l'organisatrice invitée du festival SPOR d'Aarhus, au Danemark. En septembre 2015, elle organise le Cut and Splice Festival pour la BBC Radio 3.

Elle a enseigné la composition à l'Université City de Londres, à l'Académie Royale de Musique de Aarhus, à l'Académie de Composition du Luxembourg, et à la 47e édition de l'Académie d'été de Darmstadt.

En 2016, elle est invitée du programme DAAD des artistes à Berlin. En 2023, elle reçoit le Kunstpreis Berlin pour la musique.

Avec le compositeur Matthew Shlomowitz, elle fonde et prend la direction artistique de l'ensemble Plus-Minus.

Elle vit actuellement à Berlin.