Nasce nel 1932 a Roma,  dove vive e lavora. Negli anni Cinquanta si iscrive all’Accademia di Belle Arti dove segue i corsi di Toti Scialoja. Già nel 1955 partecipa alla Quadriennale di Roma e l’anno seguente alla XXVIII edizione della Biennale di Venezia. Nel 1957 viene presentata da Emilio Vedova con la sua prima personale alla Galleria Montenapoleone di Milano. Tra il 1959 e 1963 vive a Parigi, dove ha l’opportunità di esporre le sue opere e incontrare scrittori e artisti come Yves Klein, Pierre Klossowski, Jim Dine e tanti altri. Lavora per un breve periodo in una mansarda che le presta Tristan Tzara. Gran parte degli anni Sessanta sono caratterizzati dal ciclo degli Argenti: volti, figure e paesaggi dipinti con una vernice industriale alluminio, opere su tela e su carta. A Roma, in questo periodo si ritrova al Caffè Rosati con Angeli, Schifano, Festa, Lo Savio, Uncini, Mauri (gruppo definito poi dalla critica Scuola di Piazza del Popolo). Con alcuni di loro partecipa alla XXXII Biennale di Venezia, l’edizione che sancisce il successo della pop art in Italia. A Roma, alla galleria La Tartaruga di Plinio de Martiis, la Fioroni nel 1961 espone con Bignardi, nel 1965 ha una sua personale e nel 1968 inaugura, con la sua performance La spia ottica, il festival “Il Teatro delle Mostre”. Collabora con poeti e scrittori: Alberto Arbasino, Nanni Balestrini, Guido Ceronetti, Elisabetta Rasy, Nadia Fusini, Andrea Zanzotto, Cesare Garboli, Franco Marcoaldi, Valerio Magrelli, e tanti altri, ideando con loro libri e opere grafiche. Alla fine degli anni Sessanta compaiono i primi Teatrini, “giocattoli per adulti”, come li definisce l’artista. Sempre in questi anni si cimenta con la macchina da presa, creando film in 16 mm e Super8, e con la fotografia, che adotterà in seguito in cicli come Atlante di medicina legale e Fototeca. Dal 1980 al 1986 si dedica ad un ciclo di pastelli ispirati agli affreschi di Gian Domenico Tiepolo nella Villa Valmarana ai Nani a Vicenza. Nel 1987 i pastelli vengono esposti alla Galleria dell’Oca, con la pubblicazione di un testo di Parse. Nel 1990 la Calcografia Nazionale di Roma dedica un’intera mostra al suo lavoro su carta e nel 1993 Achille Bonito Oliva la invita con una sala personale alla Biennale di Venezia. Presso la Pinacoteca Loggetta Lombardesca di Ravenna, nel 1999-2000, Claudio Spadoni riunisce in un’antologica le tele dagli anni Sessanta al contemporaneo. Nel 2000 alla galleria di Maurzio Corraini a Mantova inaugura la mostra “Giosetta Fioroni. Lettere ad Amici, Artisti e Poeti…”, gli affetti della sua vita entrano a far parte della sua arte. Nel 2001 la Camera dei Deputati la invita per una mostra dal titolo “Di al tempo di tornare”. Nello stesso anno è organizzata una sua personale al Museo Laboratorio dell’Università La Sapienza di Roma. Nel 2002 realizza una nuova idea di performance insieme all’amico fotografo Marco Delogu: 24 foto montate su light boxes ed esposte nell’Ala Mazzoniana della Stazione Termini di Roma, lavoro che prenderà il titolo di “Senex. Ritratto d’artista”. Nel marzo del 2003 il Comune di Roma le dedica un’ampia antologica “La Beltà. Giosetta Fioroni, opere 1963-2003” presso il Museo dei Mercati di Traiano, curata da Daniela Lancioni e Federica Pirani.  Al MACRO di Roma nel 2012 un nuovo lavoro con Delogu “L’Altra Ego”: un’altra indagine su nuove identità. Nel 2013 la Fioroni espone al Drawing Center di New York “Giosetta Fioroni. L’Argento”, una raccolta di opere su tela e carta dal 1956 al 1976, insieme ad alcuni video girati nel 1967. Nello stesso anno, ad ottobre, la mostra viene riproposta alla GNAM di Roma, dove si aggiungono importanti opere in ceramica. Nel 2013 il Drawing Center di New York le dedica l’antologica "Giosetta Fioroni. L'argento", curata da Claire Gilman. Nel 2015 il Centre Pompidou di Parigi acquisisce una sua opera, una tela del ciclo degli Argenti degli anni sessanta intitolata "Gli occhiali". Nel dicembre dello stesso anno il Museo MADRE di Napoli presenta, in una delle sale del museo, la mostra I teatrini-presepi a cura di Marco Meneguzzo e Piero Mascitti, opere in ceramica realizzate dall’artista insieme alla bottega Gatti di Faenza. Nel giugno 2016, il museo MARCA di Catanzaro inaugura la mostra personale "Giosetta Fioroni. Roma anni 60", curata da Marco Meneguzzo, Piero Mascitti ed Elettra Bottazzi. In seguito partecipa, accanto a grandi artisti della scena internazionale, alla collettiva Sous le soleil exactement alla Galleria Sophie Scheideckerl di Parigi. Il 6 aprile del 2018 il Museo del Novecento di Milano inaugura una grande mostra antologica a lei dedicata, con oltre 160 opere. 

E' membro dell'Accademia nazionale di San Luca dal 2016.