Obtingué el títol de professor de música pel Conservatori del Liceu (1952).
L’any 1953 debutà com a concertista de piano a les sales del Centre de Lectura i Teatre Fortuny de Reus i al Teatre Metropol de Tarragona. Aquest fou l’inici d’una sèrie de més de 250 concerts arreu d’Espanya, França i Alemanya, que culminà amb una estada a l’École Normale de Musique de París (1954-57), centre on estudià amb Charlotte Causeret i Jules Gentil. Establert a París, es dedicà a la interpretació pianística fins el 1959, i combinà aquesta activitat amb la crítica d’art i l’ensenyament del castellà al Centre Latin. Fou també secretari particular de l’infant Jaume de Borbó i de Battenberg, germà de Joan de Borbó.
El 1960 s’orientà clarament envers la composició, camp en el qual amplià estudis amb Cristòfor Taltabull i Balaguer (1960-62) i, de nou a París, amb Pierre Wissmer (1962-64), a la Schola Cantorum, per la qual es graduà en composició el 1963 amb l’obra Concert per a piano i instruments de vent, i en orquestració el 1964. També estudià direcció musical amb Edmund Pendelton. Aquest any tornà a Catalunya i s’establí definitivament a Barcelona, on el 1965 fundà amb el clarinetista Jordi Panyella el grup Diabolus in Musica, formació bàsica en la introducció de la música d’avantguarda de la segona meitat del segle XX a Catalunya. El contacte amb l’avantguarda francesa encapçalada per Pierre Boulez fou determinant en el seu estil, especialment a partir de Tres petites peces (1965), que adoptà un serialisme heterodox on els efectes tímbrics tenen una gran importància. Tot i que només considerà vàlida la seva producció a partir d’aquest any, abans compongué, però, una trentena d’obres, la major part per a piano, en les quals feu un ús notable de la progressió i de la consonància lliure —no pas tonalitat—, a més d’una escriptura propera a la del pianisme nacionalista i romàntic. Aquestes primeres peces mostren un tret que es pot observar en la major part de la seva producció posterior: la variació de les idees mitjançant un model de construcció modular amb absència temàtica de tipus tradicional.
La concepció de Guinjoan de la música com a fenomen més que com a desenvolupament, és posterior al dodecatonisme i al serialisme (no estricte ni integral) que va de l’esmentada Tres petites peces (1965) fins a les Célules núm. 3 (1968). En aquesta etapa, l’evolució de l’ús tímbric serà determinant en l’etapa següent, iniciada a partir dels Cinc estudis per a dos pianos i percussió (1968), en què el grafisme (associat a la influència de les arts plàstiques que exemplifica l’obra Magma, del 1971, inspirada en un quadre del pintor i íntim amic seu August Puig) i la música lliure tenen un protagonisme que, juntament amb el timbre, serà característic del seu llenguatge posterior, consolidat a partir de Ab origine (1974), i que entra en la maduresa amb obres com ara l’òpera Gaudí (1989-91), Nexus (1993), Barcelona 216 (1995), Elegia (1996), Simfonia núm. 2 (1996) i Fanfàrria (1999). Com passa també amb els quatre concerts per a instruments solistes i orquestra, que contenen algunes de les millors partitures del seu catàleg, aquesta etapa no mostra modificacions substancials en el llenguatge, però sí en la manera d’articular-lo i donar-lo a conèixer. El superior nivell de rigorositat de construcció i plasmació comporten un ús limitat de grafies i una notació més tradicional.
Destacà també en el camp de la musicologia i la crítica musical: exercí la crítica musical en el Diario de Barcelona (1964-70) i és autor d’assaigs sobre la música del segle XX (Ab origine, 1981; El compositor davant el moment actual, 1991). Fou cofundador (1986) i director (fins el 1994) del Centre de Documentació i Difusió de la Música Contemporània.
Rebé nombrosos guardons i distincions: cavaller de l’orde de les Arts i les Lletres (1981), premis Nacional del Disc (1982), Nacional de Música (1990), Nacional de Cultura de la Generalitat de Catalunya (1995) i Tomás Luis de Victoria (2004), la Medalla d’Or de la Ciutat de Barcelona (1998), Roland (1999), la Creu de Sant Jordi (1999) i la Medalla d’Or del mèrit en les belles arts del Ministeri de Cultura (2001). Membre de la Reial Acadèmia Catalana de Belles Arts de Sant Jordi (1991), doctor honoris causa per la Universitat Rovira i Virgili (1999) i comanador de l’orde de les Arts i les Lletres del Ministeri de Cultura francès (2002). L’any 2001 fou creat el Premi Internacional de Composició Musical Joan Guinjoan de Música de Cambra de l’Escola Superior de Música de Catalunya.
El 2012, amb motiu del seu 80è aniversari, es feren una sèrie d’actes i concerts d’homenatge als principals auditoris espanyols, entre els quals cal esmentar el programa Carta Blanca que li dedicà l’Orquesta Nacional de España. El Palau de la Música Catalana el designà primer compositor en residència, per a la temporada 2012-13.
De la seva extensa producció, es poden esmentar els títols següents:
Música escènica: Los cinco continentes, ballet (1968); Gaudí, òpera (1989-91)
Orquestra: Sinfonía de la Imperial Tarraco (1961); Ab origine (1974); Tzakol (1977); Trama (1983); Trencadís (1991); Simfonia núm. 2 (1996); Pantonal (1998); Simfonia Alba-sincrotró (2010).
Solista i orquestra: Concierto para piano y orquesta de cámara (1963); Música per a violoncel i orquestra (1975, rev. 1980); Concierto núm. 1 para piano y orquesta (1983); Concierto núm. 1 para violín y orquesta (1986); Concierto para guitarra y orquesta (1989); Concert per clarinet i orquestra (2004).
Cambra: Escenas de niños, cl., pno. (1961); Fantasía para clarinete y piano (1964); Miniaturas, cl., vl., perc. (1965); Tríptico, qnt. de vent (1965); Trois mouvements pour piano, clarinette et percussion (1965); Células núm. 2, cel., mar., pno (1966); Cinc estudis per a dos pianos i percussió (1968); Bi-temàtic, qt. c. (1970); Dúo para violoncelo y piano (1970); Retaule, vl., pno. (1972); Duel, 2 guit. (1976); Màgic, fl., pno. (1977); Phobos, ones Martenot, pno., perc. (1978; rev. 2000 per a ac., pno., perc.); Puzzle, cl., vlc., pno. (1979); Microtono, vl./vla., vlc. (1980); Trio d’archi, vl., vla., vlc. (1982); Passim-Trio, vl., vlc., pno. (1988); Dúo para violín y piano (1992); Aniversari, vl., pno. (1993); Flamenco, 2 pno. (1993); Self-Paráfrasis, qt., pno. (1997); Vectoriel, qnt. de metall (1998); Díptic, 8 vlc. (2000).
Conjunt instrumental: Fragment (1969); Magma (1971); Improvisación 1 (1973); Variorum (1976); Koan 77 (1977); GIC 1979 (1979); Música para 11 (1983); Hommage à Carmen Amaya (1986); Nexus (1993); Barcelona 216 (1995); Fanfàrria (1999); Archipiélago (2003), suite per a orquestra.
Piano: Suite moderna para piano (1960); Fantasía en do (1961); Momentos núm. 1 (1961); El Pinell de Dalt (1962); Ensayo a dos voces (1962); Preludio núm. 3 (1963); Scherzo y trio (1963); Tres petites peces (Homenatge a Cristòfol Taltabull) (1965); Células núm. 1 (1966); Células núm. 3 (1968); Dígraf (1976); Divagant (1978); Jondo (1979); Aurevoir Barocco (1980); Nocturno (1987); Cadenza en homenaje a Mompou (1993); Recordant Albéniz (1995); Verbum, Genoma in música (2003) per a piano.
Solo (altres): Tensión-Relax, perc. (1972); Cadenza, vlc. (1978); Phrase, guit. (1979); Horitzó, cb. (1980); Neuma, fl. (1980); Tensió, vl. (1981); Cielo vacío, guit. (1986); Elegia (Monodia), vlc. (1996); Variaciones sobre el tema Cuncti Simus Concanentes, saltiri/vib. (1996).
Veu i piano: Núvols (1963); Peixos vermells (1963); Raig de lluna (1963); Temptació (1963); Canto espiritual indio (1964); Tríptic de Setmana Santa (1973); ¿On són, oh mar, els Déus i llurs imatges? (1993).
Música vocal: Punts cardinals, cor, conjunt instr. (1966); La rosa dels vents, cor, orq. (1971, res. 1980); Acta est fabula, v., cinta, conjunt instr. (1975); Retorn a Catalunya, cor a capella (1976); Per l’esperança (1976); El Diari, 1 v., conjunt instr. (1977); Foc d’aucell, cor, conjunt instr. (1982); In tribulatione mea invocavi Dominum, cantata, cor i orq. (1987).