Elle fait des études supérieures à l'Université de Californie à Berkeley.
Elle amorce sa carrière en littérature avec la parution du roman Une saison de nuits (Run, River) en 1963, mais publie peu avant les années 1970 quand elle commence à écrire pour le cinéma. Elle est l'auteur de plusieurs scénarios pour le cinéma avec l'écrivain John Gregory Dunne auquel elle a été mariée pendant quarante ans. Son dernier essai, L'Année de la pensée magique, qui relate le décès de son époux, survenu en 2003 à la suite d'une crise cardiaque, a remporté le National Book Award.
Elle est la mère de Quintana Roo Dunne, qu'elle a adoptée à la naissance avec son mari, et qui est également décédée le 26 août 2005 d'une pancréatite aiguë à l'âge de trente-neuf ans, alors que Joan Didion était en promotion à New York pour L'année de la pensée magique.
Joan Didion vit à New York, dans un appartement de la 71ème rue.