Fille de l'actrice Vanessa Redgrave et du réalisateur Tony Richardson, la comédienne Joely Richardson fait partie de la nouvelle génération de cette illustre famille d'artistes, aux côtés de sa soeur Natasha Richardson et de son beau-frère Liam Neeson. Anglaise d'origine (elle est née à Londres), l'actrice se considère comme américaine d'adoption, ayant grandi et suivi ses études aux Etats-Unis, à Berverly Hills.

Si jouer la comédie n'est pas son ambition première, elle rejoint très vite la destinée familiale, pour tenir son premier rôle dans Hotel New Hampshire dès 1984. Néanmoins, il ne s'agit pas de sa première expérience cinématographique. En 1968, à 3 ans, elle fait déjà de la figuration dans "La charge de la brigade légère".

Elle remporte le Prix de la Meilleure Actrice au Festival de Valladolid en 1994 pour son rôle de Christine dans le film de Nancy Meckler, Sister my sister. Mais ce sont surtout ses rôles dans des films tels que Une lueur dans la nuit, aux côtés de Michael Douglas et Melanie Griffith, l'adaptation des 101 Dalmatiens et The Patriot avec Mel Gibson, qui la révèlent au grand public.

Joely Richardson obtient en 2003 le rôle de Julia McNamara dans la série Nip/Tuck. Elle est d'ailleurs nommée aux Golden Globe les deux années suivantes pour sa performance.

Après avoir été reconduite dans les sept saisons de la série chirurgicale Nip Tuck, Joely Richardson décroche en 2010 un rôle dans la quatrième saison d'une autre série à succès : Les Tudors. Elle joue Catherine Parr, la dernière épouse du roi Henri VIII d'Angleterre, interprété à l’écran par Jonathan Rhys Meyers. Elle se fait diriger la même année par David Fincher, en incarnant le petit rôle d’Anita Venger dans Millenium : Les hommes qui n’aimaient pas les femmes.

L'année suivante, Joely Richardson rejoint sa mère, l’actrice Vanessa Redgrave, pour la quatrième fois dans Anonymous, réalisé par le plus américain des réalisateurs allemands : Roland Emmerich.

En parallèle de ces grosses productions, la comédienne apparaît dans de petites productions indépendantes : Thanks for Sharing, Red Lights, Amour sans fin. En 2014, elle prête ses traits à la reine Tatiana, une souveraine froide et calculatrice, dans le teenage movie Vampire Academy, adapté d'un best-seller américain.