Giovanna Mezzogiorno è figlia dell'indimenticato Vittorio Mezzogiorno, scomparso purtroppo in giovane età, e dell'attrice Cecilia Sacchi. Dopo aver studiato a Parigi, Giovanna debutta a teatro con Qui est là ottenendo il Premio Coppola-Prati.
Nel 1997 debutta al cinema con Il viaggio della sposa di Sergio Rubini, grazie al quale riceve la Targa d'Argento "Nuovi talenti del cinema italiano". Prosegue la carriera con altri film, tra cui Del perduto amore, diretto e interpretato da Michele Placido e nel televisivo Più leggero non basta, sul set del quale incontra Stefano Accorsi, che per un lungo periodo sarà il suo compagno.
Nel 2000 interpreta L'ultimo bacio di Gabriele Muccino con Stefano Accorsi, ma anni dopo rinuncia a far parte del cast del seguito del film proprio a causa della fine del rapporto con Accorsi.
Nel 2002 è protagonista de La finestra di fronte di Ferzan Ozpetek, film di straordinaria e commovente sensibilità.
In seguito Giovanna regala le sue doti ad una storia di cronaca, quella di una coraggiosa giornalista italiana uccisa in un agguato in Somalia, con il film Ilaria Alpi - Il più crudele dei giorni.
Torna a collaborare con Rubini (e Placido, che è tra gli interpreti) per L'amore ritorna e in seguito interpreta il drammatico La bestia nel cuore di Cristina Comencini, che nel 2006 è candidato all'Oscar per il miglior film straniero.
Nel 2006 affianca Javier Bardem ne L'amore ai tempi del colera, e successivamente è tra gli interpreti di Lezioni di Volo e Notturno Bus. Nuove soddisfazioni in ambito internazionale le arrivano con il ruolo di Ida Dalser nel biografico Vincere, di Marco Bellocchio, per il quale viene premiata dal National Society of Film Critics Awards 2010, l'associazione americana dei critici cinematografici.
Nel 2009 inoltre interpreta un'altra biopic, La prima linea e realizza il documentario Negli occhi, dedicato a suo padre Vittorio. L'anno seguente gira la divertentissima commedia Basilicata Coast to Coast, esordio alla regia di Rocco Papaleo.
2005 Premio Coppa Volpi per la migliore interpretazione femminile per La bestia nel cuore
2010 Candidatura Miglior attrice protagonista per Vincere
2007 Candidatura Miglior attrice protagonista per Lezioni di volo
2006 Candidatura Miglior attrice protagonista per La bestia nel cuore
2005 Candidatura Miglior attrice non protagonista per L'amore ritorna
2003 Premio Miglior attrice protagonista per La finestra di fronte
2001 Candidatura Miglior attrice protagonista per L'ultimo bacio
1999 Candidatura Miglior attrice protagonista per Del perduto amore
2009 Premio Migliore attrice protagonista per Vincere
2007 Candidatura Miglior attrice protagonista per Lezioni di volo
2023 Recitazione
2022 Recitazione
2020 Recitazione
2020 Recitazione
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