Hija del cantante de tango Horacio Molina y de la modelo y actriz Chunchuna Villafañe. A los cinco años comienza  a tocar la guitarra que su padre le regaló. Tras el golpe militar de1976, la familia Molina se exilia en París, donde permaneció seis años.

En 1988, de regreso desde el exilio en Francia, consiguió trabajo en un noticiero paródico de la televisión -La noticia rebelde-, donde la vio un pope de la comedia nacional -Antonio Gasalla-, que la llevó a su show. El éxito de sus actuaciones le ganaron su propio programa cómico en 1991: Juana y sus hermanas (alusión a la película estadounidense Hannah y sus hermanas, de Woody Allen), que tuvo gran repercusión en Argentina y en el resto de Latinoamérica; tres millones de personas veían, semana a semana, esa explosión de talento.

En 1996 comienza a cantar y edita varios discos. Canta letras propias y se acompaña con guitarra acústica y teclados. En el '96 debutó discográficamente con "Rara" (producido por Gustavo Santaolalla) aunque previamente se había lanzado una recopilación de canciones grabadas para su programa de TV.

Luego se radicó en Los Angeles, de donde volvió recién en el 2001. En un estudio de grabación casero, recurrió a los teclados, la guitarra, su voz y una computadora para la creación de su disco "Segundo". La propia Juana explicaba ese proceso de creación: «Cuando tengo una pequeña idea, antes de tocarla aunque sea una vez, pongo en marcha el grabador. Porque siempre sé que va a haber una cosa que va a ser un error, porque no sé muy bien adónde ir y porque no sé muy bien cómo volver: y estoy segura que con todo eso se va a armar algo que me va a gustar. Y después trato de hacer que eso tenga una letra que le vaya a esa melodía, y que se enganche armónicamente con esto y con aquello. Pero prefiero que quede esa primera huella, que al final es la que brilla en el tema».

A fines del año 2002 dio a luz a su tercer disco "Tres Cosas", que pasó casi desapercibido en Argentina, hasta que hacia fines del 2004 el diario norteamericano New York Times lo eligió entre los diez álbumes de pop más importantes del año, junto con artistas internacionales como U2, Björk, Green Day y Brian Wilson. Entonces sí, Juana Molina llegó a la primera plana de los diarios argentinos, que se enorgullecieron del éxito de la hija de la patria.

A Tres cosas siguió Son, en 2007. Durante 2008, Juana giró junto a Feist y, en diciembre, sacó su último disco, Un día, que Domino editó en la Argentina y el resto del mundo

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