Fa la sua prima apparizione in pubblico presso la scuola che frequenta, la Uffculme Comprehensive School, con una cover di Reet Petite di Jackie Wilson. Nel 2001, all’età di tredici anni, si esibisce nello spettacolo Star for a Night della BBC, programma per la scoperta di nuovi talenti, cantando On the Radio di Donna Summer. Affetta da dislessia, a scuola non brilla e a 16 anni preferisce non proseguire gli studi oltre il diploma. Nel 2002 decide di puntare sul suo talento musicale e vola a New York per un'audizione con la S-Curve. Nello stesso periodo firma un contratto nel Regno Unito con la BMG Music Publishing. Ottenuto un contratto anche con S-Curve, si trasferisce a Miami, in Florida, per lavorare all'album di debutto, The Soul Sessions, pubblicato nel settembre del 2003, che consiste in una raccolta di brani soul poco conosciuti, scritti da Wright, Franklin, Laura Lee, and Bettye Swann. Il disco si colloca tra i primi cinque posti della classifica nel Regno Unito e tra i primi quaranta negli Stati Uniti. Dopo il riconoscimento internazionale, nel settembre del 2004 pubblica il secondo album, Mind, Body & Soul, una serie di brani scritti in parte da lei stessa, che scala la classifica e arriva al numero uno nel Regno Unito, sottraendo ad Avril Lavigne il primato di cantante più giovane al primo posto della classifica inglese. Il singolo You Had Me si colloca nella top ten e conferma il successo della cantautrice a livello mondiale. Nel maggio del 2006 inizia a lavorare al suo terzo album, Introducing Joss Stone, presso il Compass Point Studios, nelle Bahamas. Il disco, pubblicato nel marzo del 2007, vede la collaborazione di Lauryn Hill, Common e Joi, ed è un misto di soul vintage, R&B anni ‘70, hip hop e suoni jazz. Tra i brani più significativi Tell Me 'Bout It, Tell Me What We're Gonna Do Now e Baby Baby Baby. La cantautrice britannica descrive quest’ultimo disco come il suo primo vero album, quello in cui per la prima volta si ritrova totalmente. Introducing Joss Stone le fornisce anche l'occasione per devolvere un contributo significativo alla Product Red, un'associazione che si occupa dei malati di AIDS in Africa.Nel 2004 partecipa all’iniziativa di Band Aid 20, di cui fanno parte anche Chris Martin dei Coldplay e Bono degli U2, per raccogliere fondi a favore della ragione del Darfur, in Sudan, incidendo una nuova versione Do They Know It's Christmas?, scritta da Bob Geldof. Nel 2005 riceve tre nomination per i BRIT Award, vincendone due tra cui quello per la migliore artista solista britannica. Durante la cerimonia di assegnazione dei premi esegue con Melissa Etheridge un memorabile omaggio a Cry Baby/Piece of My Heart di Janis Joplin.Riceve tre nomination anche per i Grammy Award, come miglior artista emergente e migliore performance vocale per il brano musicali You Had Me e migliore artista pop per l’album Mind, Body & Soul.Ai Grammy del 2007 ottiene l'ambito riconoscimento musicale nella categoria Migliore performance di R&B di duo o gruppo per la cover di Family Affair con John Legend e Van Hunt.Dal 2005 è la portavoce delle campagne pubblicitarie di Gap. Nel 2006 ha debuttato al cinema nella parte della strega Angela nel film fantastico Eragon.