Aktorstwo studiowała we Wrocławiu. Dyplom obroniła w 1997 roku. Początkowo występowała we wrocławskim Teatrze Polskim. W listopadzie 2003 roku przeprowadziła się do Warszawy, gdzie gościnnie grała w Teatrze Studio.

Przed kamerą zadebiutowała główną rolą w krótkometrażowym filmie Wojciecha Pacyny „Berenika” (1995), scenariusz tego obrazu powstał na podstawie sztuki Francisa Scotta Key'a Fitzgeralda.

W kinie zadebiutowała rok później filmem Władysława Pasikowskiego „Słodko gorzki”. Opowieści o uczniach pewnego liceum. Jeden z nich – Piotr nazywany przez wszystkich Bąblem – popełnia samobójstwo na szkolnym boisku. Drugi – Mateusz, chociaż nigdy się z Piotrem nie przyjaźnił, postanawia wyjaśnić przyczyny jego śmierci.

W następnym roku Pietrzeak miała kolejny debiut – tym razem telewizyjny. Zagrała w swoim pierwszym serialu „Lata i dni” (1997) Marka Piestraka. Później dołączyła do obsady telenoweli „Złotopolscy” (1998-2006) wciela się tam w postać Joasi, z której jest najbardziej znana widzom. Jej postać najpierw była sekretarką senatora Marka Złotopolskiego, następnie miłością Tomasza Gabriela, a później asystentką posła Biernackiego.

W latach 1998 – 1999 grała w serialu „Życie jak poker”. W latach 2000-2001 pojawiła się w telenoweli „Miasteczko”. W latach 2003-2006 występowała w „Fali zbrodni”, a w 2004-2006 w „Pierwszej miłości”.

Pomimo tego natłoku seriali Joanna Pietrzak znajduje jeszcze czas na granie w filmach. Warto wspomnieć o takich produkcjach z jej udziałem jak: „Historia kina w Popielawach” (1998) Jana Jakuba Kolskiego, „Pierwszy milion” (2000) Tomasza Wiszniewskiego i Waldemara Dzikiego, „Nie ma zmiłuj” (2000) Waldemara Krzystka i „Show” (2003) Macieja Ślesickiego. Grała też epizodyczną rolę w filmie „Pręgi” (2004) Magdaleny Piekorz i w „Bezmiarze sprawiedliwości” (2006) Wiesława Saniewskiego.

W życiu prywatnym od 1999 roku jest żoną Pawła Orleańskiego. Mają córeczkę Antoninę Helenę.