Γεννήθηκε στην Αθήνα το 1936. Είναι σκηνογράφος, ιδρύτρια και πρόεδρος του Πελοποννησιακού Λαογραφικού ιδρύματος Β. Παπαντωνίου. Σπούδασε σκηνογραφία και ενδυματολογία στο Wimbledon School Of Art στο Λονδίνο (1966 – 1970). Επιστρέφοντας στην Ελλάδα, έκανε την πρώτη της επαγγελματική δουλειά –σκηνικά και κοστούμια στον Κοριό του Μαγιακόφσκι (1971) για το «Προσκήνιο»– την οποία της ανέθεσε ο Αλέξης Σολομός. Την ίδια χρονιά έκανε και την είσοδό της στο αρχαίο ελληνικό δραματολόγιο με τις Θεσμοφοριάζουσες , που ανέβηκαν στο Θέατρο Κήπου, στη Θεσσαλονίκη.
Η Ιωάννα Παπαντωνίου ήταν η πρώτη γυναίκα σκηνογράφος στην Επίδαυρο, χάρη στον Αλέξη Σολομό, και έκανε σκηνικά και κοστούμια για τον Ορέστη από το Εθνικό Θέατρο (1971). Έχει συνεργαστεί με το Θέατρο Τέχνης και τον Κάρολο Κουν, επί πέντε συναπτά έτη, και με τον θίασο Αλέξη Μινωτή – Κατίνας Παξινού. Ακολούθησαν συνεργασίες με το Εθνικό Θέατρο, το Κρατικό Θέατρο Βορείου Ελλάδος, Δημοτικά Περιφερειακά, θιάσους του ελεύθερου θεάτρου και το Royal Exchange Theatre. 
Με το πλούσιο σκηνογραφικό και ενδυματολογικό της έργο κάλυψε όλο το φάσμα του ελληνικού και ξένου, κλασικού και σύγχρονου ρεπερτορίου. Στα έργα του αρχαίου δράματος δίνει μεγάλη έμφαση στα κοστούμια, σε σχήμα και χρώμα, και αφαιρεί από τον χώρο τα διακοσμητικά στοιχεία, καταλήγοντας σε μια αυστηρή απλότητα.
Η αγάπη της για το ελληνικό κοστούμι συνδέεται με το Λύκειο Ελληνίδων, από μικρή ηλικία, όταν την πήγε η μητέρα της για να μάθει ελληνικούς χορούς. Ενώ μερικά χρόνια αργότερα,  ως έφηβη πια, ξεκίνησε να συλλέγει μουσειακά κομμάτια και λαϊκές φορεσιές. Το 1974 πραγματοποίησε τον στόχο της, όταν με μια συλλογή η οποία αριθμούσε τα 6.000 αντικείμενα, ίδρυσε το Πελοποννησιακό Λαογραφικό Ίδρυμα, το οποίο στεγάζεται στο Ναύπλιο. Αριθμεί πλέον περισσότερα από 25.000 αντικείμενα. Ενώ το 1981 απέσπασε το Ευρωπαϊκό Βραβείο Μουσείου της Χρονιάς .
Η Ιωάννα Παπαντωνίου έχει διδάξει στα Θεατρολογικά Τμήματα των Πανεπιστημίων Πατρών (1992 – 1993) και Αθηνών (1993 – 1996).
Στο σκηνογραφικό της έργο πρέπει να συνυπολογισθεί και το συγγραφικό, με τα βιβλία: «Ελληνικές φορεσιές», «Φορεσιές της Μακεδονίας», «Οι τοπικές φορεσιές της Θράκης», «Σαρακατσάνοι: φορεσιές και στολίδια», «Από τη Άλωση μέχρι την Απελευθέρωση» κ.ά.
Έχει τιμηθεί από την Ακαδημία Αθηνών (1981), έχει βραβευθεί για τα κοστούμια της στην ταινία Δοξόμπους (1987) του Φώτου Λαμπρινού και έχει επίσης τιμηθεί με τον Χρυσό Σταυρό Φοίνικος.