Por nacimiento, fue infanta de Castilla y Aragón. Desde joven mostró signos de indiferencia religiosa que su madre trató de mantener en secreto. En 1496 contrajo matrimonio con Felipe el Hermoso, archiduque de Austria, duque de Borgoña y Brabante y conde de Flandes. Tuvo con él seis hijos.
Por muerte de sus hermanos Juan e Isabel y de su sobrino Miguel de la Paz, se convirtió en heredera de las coronas de Castilla y de Aragón. A la muerte de su madre, Isabel la Católica, en 1504 fue proclamada reina de Castilla junto a su esposo; y a la de su padre, Fernando el Católico, en 1516 pasó a ser nominalmente reina de Navarra y soberana de la corona de Aragón.
Por lo tanto, el 25 de enero de 1516, se convirtió teóricamente en la primera reina de las coronas que conformaron la actual España; sin embargo, desde 1506 su poder sólo fue nominal, siendo su hijo Carlos el rey efectivo de Castilla y de Aragón. El levantamiento comunero de 1520 la sacó de su cárcel y le pidió encabezar la revuelta pero ella se negó y cuando su hijo Carlos derrotó a los comuneros volvió a encerrarla, pidiendo incluso que la torturasen si se negaba a cumplir los sacramentos católicos.
Fue apodada "la Loca" por una supuesta enfermedad mental ocasionada por los celos hacia su marido y el dolor que sintió tras su muerte, que fue el argumento utilizado por su padre y por su hijo para mantenerla encerrada en Tordesillas de por vida. Su figura fue popularizada en el Romanticismo tanto en pintura como en literatura.
En la imagen Juana la Loca (Irene Escolar) en la serie Isabel, tercera temporada que se emitirá en Septiembre.