Sie ist die Tochter des Regisseurs Wolfgang Liebeneiner und der Schauspielerin Hilde Krahl. Johanna Liebeneiner erhielt Schauspielunterricht in Wien und bei Else Bongers in Berlin. Ihre Taufpatin war die Schauspielerin Ida Ehre.

Johanna Liebeneiner gab ihr Debüt an den Hamburger Kammerspielen als Christine in Liebelei. 1967 erhielt sie ein Engagement in Aachen. 1968 bis 1973 wirkte sie am Düsseldorfer Schauspielhaus, wo sie unter anderem das Gretchen in Faust I und die Helena in Faust II spielte. Von 1973 bis 1975 arbeitete sie am Staatstheater Hannover. 1975 war sie die Célimène in Der Menschenfeind am Schauspielhaus Hamburg. 1976/1977 wirkte sie wieder in Düsseldorf und danach am Staatstheater Stuttgart. 1985 ging sie nach Bremen und war 1986/1987 am Bayerischen Staatsschauspiel in München engagiert.

Seitdem ist Johanna Liebeneiner freischaffend und trat ab 1989 mit eigenen Theaterinszenierungen hervor. Sie war in zahlreichen Fernsehserien wie Tatort und Liebling Kreuzberg zu sehen. In der Serie Schlosshotel Orth gehörte sie als Hotelmanagerin Doris Haller zur Stammbesetzung. Darüber hinaus gibt sie Leseabende und coacht Nachwuchsschauspieler. Im Sommer 2007 spielte sie u. a. die Rolle der Iokaste in König Ödipus von Sophokles im Rahmen der Trierer Antikenfestspiele. Seit Jahren ist sie immer wieder mit dem Tourneetheater Der Grüne Wagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz unterwegs, u. a. in den Produktionen Lysistrate und Wir sind noch einmal davongekommen.

Johanna Liebeneiner war mit dem Kameramann Michael Thiele verheiratet. Aus dieser Ehe stammt ein Sohn, Friedemann Thiele, der ebenfalls Schauspieler ist.

Von September 2010 bis Juni 2011 spielte Johanna Liebeneiner in der Hauptbesetzung der ZDF-Telenovela Lena – Liebe meines Lebens die Gräfin Amelie von Ahrensberg.