Lumley begon als fotomodel en maakte haar filmdebuut als een vrouwelijke robot in de James Bondparodie Some Girls Do (1969). Vervolgens was ze bondgirl in de James Bondfilm On Her Majesty's Secret Service (1969). Haar eerste grote rol was als Purdey in de televisieserie The New Avengers (1976-1977), een vervolgserie van De Wrekers. Daarna had ze een hoofdrol in de sciencefictiontelevisieserie Sapphire & Steel (1979-1982). In de jaren 80 speelde ze in twee Pink Pantherfilms en een filmversie van het toneelstuk Shirley Valentine.

Van 1992 tot 2004 speelde Lumley de rol van de hedonistische Patsy Stone in Absolutely Fabulous. Daarnaast speelde ze onder meer in A Rather English Marriage (waarvoor ze een BAFTA-nominatie voor beste actrice kreeg) en de BBC-series Jam & Jerusalem (2006) en Sensitive Skin (2005-2007). In 1999 speelde ze een vrouwelijke Doctor Who.

Lumley leende haar stem aan AOL, waarvoor ze onder meer "Welcome to AOL" en "You have mail" insprak. Ook leende ze haar stem aan de Tim Burtonfilms James and the Giant Peach (1996) en Corpse Bride (2005). In 2008-2009 zond de BBC een documentairereeks uit, Joanna Lumley in the Land of the Northern Lights, waarin Lumley naar Noord-Noorwegen afreist om het poollicht persoonlijk te ervaren.

Ze heeft ook meerdere boeken geschreven, waaronder twee autobiografieën, Stare Back and Smile: Memoirs (1989) en No Room for Secrets (2005). De biografie Joanna Lumley - The Biography verscheen in 1999.

Joanna Lumley heeft drie keer een BAFTA-prijs gewonnen, in 1993 en 1995 voor Absolutely Fabulous en in 2000 een speciale prijs voor The New Avengers. Ook won ze een British Comedy Award in 1993 voor Absolutely Fabulous. Daarnaast is ze vier keer genomineerd voor een BAFTA-prijs en één keer voor een British Comedy Award.

Naast haar werk als actrice is Lumley zeer actief als dierenrechten-, milieu- en mensenrechtenactiviste. Ze steunt de Gurkha Justice Campaign, die gelijke rechten voor zowel Gurkha's als andere Britse militaire veteranen als doelstelling heeft. Verder sponsort ze de Joanna Lumley Fellowship in Environmental Science aan de Universiteit van Oxford.

Lumley is benoemd tot Officier in de Orde van het Britse Rijk en fellow van de Royal Geographical Society. Op de Chelsea Flower Show werd in 2007 een fuchsia naar haar vernoemd.[2] Ze heeft een zoon, Jamie (geboren in 1967), twee kleindochters, Alice (geboren in 2003) en Emily (geboren in 2004) en is getrouwd met de componist Stephen Barlow sinds 1985.