Joana Carneiro nasceu em Lisboa e recebeu o diploma de maestrina da Academia Nacional Superior de Orquestra. Obteve um "master" em direcção de orquestra na Northwestern University, como aluna de Victor Yampolsky e Mallory Thompson, prosseguindo os seus estudos de doutoramento na Universidade do Michigan, onde trabalhou com Kenneth Kieser.

A reputação de Joana Carneiro cresceu rapidamente nos Estados Unidos e na Europa. Nos últimos anos dirigiu as mais prestigiadas orquestras mundiais, entre elas, a Orquestra Filarmónica de Los Angeles, a Sinfónica de Grant Park, a Sinfónica de Phoenix, a Orquestra do Instituto Mancini e a Sinfónica Kitchner-Waterloo.

Em 2004, tornou-se maestrina assistente na Filarmónica de Los Angeles e foi agraciada pelo Presidente da República de então, Jorge Sampaio, com a Comenda da Ordem do Infante Dom Henrique. Em Setembro de 2006, passou a ser maestrina convidada da Orquestra Gulbenkian e em 2008 dirigiu a ópera de Chicago.

Joana Carneiro foi também escolhida para participar na Allizanz Cultural Foundation International Conductors Academy de Londres, em 2003, e, a convite do maestro Kurt Masur, dirigiu o concerto final do prestigiado concurso internacional de violoncelo Pablo Casals.