Johanna Louise Heusser est née le 12 juin 1827 à Hirzel, sur les hauteurs de Zurich, en Suisse. Elle est la quatrième d'une famille de sept enfants (trois sœurs et trois frères, dont un qui décédera prématurément).
Son père, Johann Jakob Heusser (1783-1859) est le médecin du village. Sa mère, Meta (Margareta) Heusser-Schweizer (1797-1876) est la fille de Diethelm Schweizer, pasteur d'Hirzel. Descendante d'une famille très proche des cercles littéraires zurichois du 18e siècle (Gessner, Lavater), Meta s'essaie à l'écriture de poésies et de textes religieux et devient une observatrice aguerrie de la politique et de la société de son temps. Une sélection de ses Chansons alpines a été traduite en anglais en 1875, montrant l'engouement que suscitaient les Alpes au 19e siècle.
Johanna s'ennuie à l'école du village. Elle apprend à aimer la poésie et la littérature auprès du pasteur Salomon Tobler qui lui donne des cours particuliers, entre 1833 et 1841. Puis, de 1841 à 1843, elle part étudier les langues modernes et le piano à Zurich, où elle loge chez une tante.
A l'âge de 16 ans Johanna est envoyée dans un pensionnat à Yverdon-les-Bains, dans le canton de Vaud, pour y apprendre le français. De retour à Hirzel, entre 1845 et 1852, elle aide à l'éducation de ses deux jeunes sœurs. Elle devient alors une lectrice passionnée, tout particulièrement de Droste-Hülshoff et de Gœthe. Ses lectures l'éloignent petit à petit de l'image piétiste du monde transmise par sa mère.
Elle passe de nombreux étés dans la région de Coire et en particulier à Jenins et Maienfeld, qui devinrent les lieux où se déroule l'histoire de Heidi.
En 1852, à l'âge de 25 ans, elle déménage à Zurich et épouse Johann Bernhard Spyri, avocat, qui devient chancelier de la ville. Son mari est un bourreau de travail et ne montre que peu d'intérêt pour sa famille. Enceinte, Johanna Spyri déprime.
En 1871, elle publie son premier récit pour le journal d'un pasteur allemand, ami de sa mère, mais sans le signer. Son premier recueil pour enfants paraît en 1878.
"Heidis Lehr- und Wanderjahre", en 1880 et "Heidi kann brauchen, was es gelernt hat", une année plus tard, sont les premiers livres qu'elle signe de son nom. Ils remportent un succès immédiat.
En 1884, son fils unique Bernhard Diethelm, violoniste à la santé fragile est emporté par la phtisie, à l'âge de 28 ans. Son mari meurt la même année.
Johanna mène une vie sociale active et participe aux soirées littéraires de la mère de l'écrivain zurichois Conrad Ferdinand Meyer. Elle se lie d'amitié et correspondra avec lui jusqu'à sa mort. Elle est aussi en contact avec l'auteur Gottfried Keller et le compositeur allemand Richard Wagner. La carrière de ce dernier à Zurich doit beaucoup à l'engagement de Johanna.
Mais elle se sent malgré tout isolée à Zurich et tombe dans la dépression. Elle ne s'en remet que difficilement et grâce à la foi de son enfance qu'elle retrouve alors.
Elle décède le 7 juillet 1901, et repose au cimetière de Sihlfeld, à Zurich.
De 1871 jusqu'à sa mort, elle éditera 48 récits, autant pour adultes que pour enfants, et pour la plupart accueillis très favorablement par le public et la critique.