Josephine Dunn, właściwie Josephine Elizabeth Dunn, urodziła się 1 maja 1906 roku w Nowym Jorku w stanie Nowy Jork w Stanach Zjednoczonych jako córka Johna Dunna oraz Mary Dunn z domu O’Connor. Dorastała w środowisku miejskiej klasy średniej i uczęszczała do nowojorskich szkół. W młodości interesowała się tańcem i sceną. Przed wyjazdem do Hollywood była jedną z najbardziej rozpoznawalnych Ziegfeld Girls – występowała w „Ziegfeld Follies” (1922 i 1923) oraz w rewiach „George White's Scandals”. To właśnie podczas tych występów została dostrzeżona przez przedstawicieli wytwórni Paramount. Była również jedną z pierwszych absolwentek eksperymentalnej szkoły aktorskiej Paramount w nowojorskim Long Island Studio, co zapewniło jej profesjonalne przygotowanie techniczne.
Do kina trafiła w drugiej połowie lat dwudziestych. Szybko zyskała status jednej z obiecujących aktorek młodego pokolenia. Wystąpiła w dramacie „Love's Greatest Mistake” (1927), a jednym z jej najbardziej znaczących występów była rola u boku Al Jolsona w „The Singing Fool” (1928) – jednym z największych sukcesów komercyjnych przełomu ery niemej i dźwiękowej. W 1929 roku została wyróżniona tytułem WAMPAS Baby Star, co umieściło ją w gronie najbardziej perspektywicznych aktorek Hollywood obok takich nazwisk jak Jean Arthur czy Loretta Young.
Występowała zarówno w dramatach, jak i komediach, potwierdzając swój talent komediowy m.in. w „A Perfect Gentleman” (1928) u boku Monty’ego Banksa. Jej ekranowy wizerunek łączył elegancję z energią sceniczną wyniesioną z rewii.
Życie prywatne Josephine Dunn było burzliwe. Była czterokrotnie zamężna. Jej pierwszym mężem był William P. Sheridan (1925–1928). Następnie poślubiła Clyde’a Greathaouse’a (1931–1932), zamożnego przedsiębiorcę związanego z przemysłem naftowym. Trzecim mężem był Eugene J. Lewis (1933–1935). Najtrwalszym związkiem okazało się małżeństwo z Carrollem Case’em (od 1935 roku do jego śmierci w 1978), synem właściciela nowojorskiego hotelu Algonquin. Po ślubie z Case’em w 1935 roku całkowicie wycofała się z aktorstwa, poświęcając się życiu towarzyskiemu i podróżom.
Josephine Dunn zmarła 3 lutego 1983 roku w Thousand Palms w stanie Kalifornia. Została poddana kremacji, a jej prochy rozproszone na pustyni w pobliżu jej domu w rejonie Palm Springs.
Josephine Dunn pozostaje jedną z reprezentatywnych postaci przejściowego okresu między erą rewii Broadwayu a złotą dekadą Hollywood lat dwudziestych. Jej kariera, choć stosunkowo krótka, łączyła prestiż sceny nowojorskiej z dynamicznym rozwojem przemysłu filmowego, a wyróżnienie WAMPAS Baby Star potwierdziło jej miejsce wśród najbardziej obiecujących twarzy końca epoki kina niemego.