que se encontrava no Japão quando à época de seu nascimento, sua mãe era a atriz Lillian Fontaine, e sua irmã mais velha, Olivia de Havilland, tornou-se, tal como a própria Joan se tornaria anos mais tarde, uma das mais admiradas estrelas do cinema.
Ambas são até os dias de hoje, as únicas irmãs a vencerem um Oscar da Academia de Artes e Ciências Cinematográficas, tendo as duas em 1999 sido nomeadas umas das 500 grandes lendas do cinema americano segundo o American Film Institute.
Seu pai, Walter Augustus de Havilland, graduou-se na Universidade de Cambridge e trabalhou como professor de inglês da Universidade Imperial de Tóquio, antes de se tornar um advogado de patentes com prática no Japão.
A mãe de Joan, Lilian Augusta de Havilland, estudou na Academia Real de Artes Dramáticas, em Londres, e se tornou atriz de teatro, deixando a carreira após ir para Tóquio com o marido. Sua mãe voltaria a trabalhar com o nome artístico de Lillian Fontaine na década de 1940.
Embora tivesse abandonado a carreira de atriz, Lilian ensinava as filhas a apreciarem as artes, sempre lendo Shakespeare para as crianças (o próprio nome de Olivia fora escolhido por causa da personagem Lady Olivia, da peça Noite de reis, de Shakespeare), e também ensinando-lhes música e declamação.
Em abril de 1925, depois de o divórcio com Walter ter sido finalizado, Lilian casou-se novamente, desta vez com um proprietário de uma loja de departamentos chamado George Milan Fontaine, um homem severo e detestado por ambas as garotas.
O sobrenome deste, que fora adotado por Lilian em razão de seu segundo casamento, seria usado por Joan quando, ao virar atriz, decidira criar um nome artístico. A infância de Joan e Olivia seria marcada por desentendimentos entre ambas, desentendimentos estes que por sua vez geraram uma rivalidade entre as irmãs que se estenderia ao longo de suas vidas.
Aos 15 anos ela voltou ao Japão onde viveu com seu pai durante dois anos. Ao voltar para os Estados Unidos em setembro de 1934, foi apresentada à atriz May Robson, iniciando a seguir sua carreira com a peça "Kind Lady" e, logo depois, com sua participação em "Call it a Day". Foi durante uma das apresentações dessa peça no Duffy Theatre, em Hollywood, que ela foi vista pelo produtor Jesse Lasky, resultando num contrato para filmes com a RKO.
Sua estreia no cinema ocorreu com uma pequena participação no filme Adeus, senhoras ("No More Ladies", 1935), estrelado por Joan Crawford. Mais tarde ela apareceria na Broadway em "Forty Carats". Também foi selecionada para aparecer no primeiro filme de Fred Astaire sem Ginger Rogers pela RKO: Cativa e cativante ("A Damsel in Distress", 1937), mas o filme foi um fracasso. Continuou aparecendo em pequenos papéis numa dúzia de filmes, mas não conseguiu deixar uma forte impressão, e seu contrato não foi renovado quando terminou, em 1939.
Sua sorte mudou na noite de uma festa na casa de Charlie Chaplin, onde jantava sentada ao lado do produtor David O. Selznick, responsável por E o vento levou, que havia se tornado a maior bilheteria da história do cinema (a própria Joan esteve cogitada para integrar o elenco do filme, mas sua irmã, Olivia de Havilland, foi quem acabou se tornando uma das estrelas do longa). Ela e Selznick começaram a discutir sobre a novela de Daphne du Maurier Rebecca, e Selzinick a convidou para fazer um teste para a versão cinematográfica do romance, que no Brasil recebeu o título de
Rebecca, a mulher inesquecível. O filme marcou a estréia americana do diretor inglês Alfred Hitchcock.
Ela enfrentou uma cansativa série de testes para o filme durante 6 meses, junto a centenas de outras atrizes, entre elas Vivien Leigh e Anne Baxter, antes de finalmente ser escolhida para o papel. Em 1940, o filme foi lançado com críticas brilhantes, e, por sua performance, Fontaine foi indicada ao Oscar de melhor atriz, embora não tenha vencido
Depois de "Rebecca", Joan Fontaine voltou a ser dirigida por Hitchcock no filme Suspeita ("Suspicion", 1941). Ela tornou-se, junto com Madeleine Carroll, Ingrid Bergman, Grace Kelly, Vera Miles e Tippi Hedren, uma destas únicas que estrelaram mais de um filme do diretor.
Pelo desempenho em Suspeita, Fontaine foi novamente indicada para o Oscar de melhor atriz, concorrendo com atrizes como Bette Davis, e a sua própria irmã, Olivia de Havilland, que estava indicada pela atuação em A porta de ouro ("Hold Back the Dawn", 1941) e era a preferida dos jurados da Academia de Artes e Ciências Cinematográficas; porém, Fontaine quem terminou levando a estatueta.
O crítico brasileiro de cinema Rubens Ewald Filho explicou recentemente: "Joan Fontaine foi premiada com o Oscar por sua atuação em Suspeita, mas foi uma espécie de prêmio de consolação por ela não ter levado a estatueta pelo papel em Rebecca, do mesmo Alfred Hitchcock, que a tinha transformado em estrela. […] Mas ela realmente funciona em papéis de vítima, como a mulher apaixonada, frágil e desorientada que não sabe como lidar com a suspeita de que o marido (Cary Grant) seja um assassino […]"
Olivia de Havilland não escondeu sua decepção em relação à perda. A vitória de Joan Fontaine deixou surpresos muitos que esperavam que a grande vencedora fosse De Havilland, e até mesmo a própria Fontaine confessou que não esperava que acabasse se saindo a vencedora. Dessa forma, a atriz tornou-se o único intérprete a ganhar um Oscar de atuação por um filme dirigido por Alfred Hitchcock.
Joan Fontaine venceu o Oscar sobre a sua irmã mais velha em 1942, mas De Havilland, mais tarde, venceria o Oscar de melhor atriz em outras duas ocasiões: em 1947, pelo filme Só resta uma lágrima ("To Each His Own", 1946), e em 1950, por Tarde demais ("The Heiress", 1949).
Das duas irmãs, Olivia de Havilland foi a primeira a se tornar atriz. Quando Joan tentou seguir a mesma profissão, sua mãe, que supostamente favorecia à Olivia, se recusou a deixar Joan usar o mesmo sobrenome que a irmã. Assim Joan se viu obrigada a inventar um nome artístico, tendo em primeiro Joan Burfield e, posteriormente, Joan Fontaine.
Segundo o que conta o biógrafo Charles Higham em sua obra Sisters: The Story of Olivia De Haviland and Joan Fontaine, as irmãs sempre tiveram uma relação difícil, começando na infância, quando Olivia teria rasgado uma roupa de Joan, forçando-a a costurá-la novamente. A rivalidade e o ressentimento entre as irmãs também alegadamente resulta da percepção de Joan em relação ao fato de Olivia ser a filha favorita de sua mãe.
A relação entre as irmãs continuou a deteriorar-se após os dois incidentes. Em 1975, aconteceria algo que faria com que elas deixassem de se falar definitivamente: segundo Joan, Olivia não a convidou para um serviço memorial em homenagem a sua mãe, que havia morrido recentemente. Mais tarde, Olivia afirmou que tentou comunicar a Joan, mas ela se encontrava muito ocupada para atendê-la.
Charles Higham também diz que Joan teve um relacionamento distante com suas próprias filhas, talvez por ter descoberto que elas mantinham um relacionamento secreto com a tia, Olivia. Ambas as irmãs sempre se recusaram a comentar publicamente sobre a sua rivalidade e relacionamento familiar.
Em uma entrevista de 1978, no entanto, Fontaine disse: Casei-me primeiro, ganhei um Oscar antes de Olivia e se eu morresse primeiro, sem dúvida ela ficaria lívida porque eu também teria ganho dela nisso! - Após a morte de Fontaine, De Havilland, de sua casa em Paris, divulgou um comunicado dizendo: "Estou chocada e entristecida, e agradeço por todas as expressões de simpatia e gentileza dos fãs".
Joan Fontaine faleceu no domingo 15 de dezembro de 2013 aos 96 anos de idade - ironicamente a data em que E o vento levou ("Gone with the Wind", 1939), filme que imortalizou sua irmã, Olivia de Havilland, no cinema americano, completara 74 anos de estreia. Conforme informou Susan Pfeiffer, assistente da atriz, Fontaine faleceu de causas naturais, enquanto dormia.
Seu corpo foi cremado e as cinzas foram espalhadas no Oceano Pacífico em Carmel-by-the-Sea, Califórnia nos Estados Unidos. Por sua contribuição à indústria do cinema, Fontaine possui uma estrela na Calçada da Fama de Hollywood, localizada no número 1645 da Vine Street. Em 26 de maio de 1942 ela deixou o seu autógrafo e a marca de suas mãos e de seus pés na Calçada da Fama, em frente ao Grauman's Chinese Theatre.