Η  Ιωάννα Παπαντωνίου γεννήθηκε στην Αθήνα το 1936. 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). Είχε 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 έδινε μεγάλη έμφαση στα κοστούμια, σε σχήμα και χρώμα, και αφαιρούσε 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. 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 και το 1981 απέσπασε το Ευρωπαϊκό Βραβείο Μουσείου της Χρονιάς.

Η Ιωάννα Παπαντωνίου είχε διδάξει στα Θεατρολογικά Τμήματα των Πανεπιστημίων Πατρών (1992 – 1993) και Αθηνών (1993 – 1996).

Είχε τιμηθεί από την Ακαδημία Αθηνών (1981), είχε βραβευτεί για τα κοστούμια της στην ταινία Δοξόμπους (1987) του Φώτου Λαμπρινού και είχε επίσης τιμηθεί με τον Χρυσό Σταυρό Φοίνικος.