Йоана Илиева се занимава сериозно с фехтовка от 12-годишна възраст. Запалва се обаче още като малко дете и тази страст се превръща в нейна съдба. Тя е възпитаничката на фехтовална академия "Васил Етрополски".

Първият ѝ успех идва още преди да навърши 14 г. - дебютът ѝ на международната пътека е девето място на световно първенство до 17 години. Няколко месеца по-късно, вече 14-годишна, през 2015 г. тя става балканска шампионка за жени и печели първия си европейски турнир.

През 2017 г. спечели комплексната Европейска купа на сабя кадетки.

През 2017 става подгласничка на европейската шампионка до 17 години и оглавява европейската ранглиста. През 2018 г. отново печели сребърен медал от европейското и първото място в ранглистата, а българският национален отбор с нейно участие става първи на отборното първенство. Завършва пета на световното до 17 години, като остава на точка от медал, но се класира за младежките олимпийски игри, където завършва пета, а българският отбор - четвърти.

През сезона 2018/2019 вече е в категория девойки, до 20 години, където едва 17-годишна успява да завоюва 1-во място в световната ранглиста и бронзов медал от световното. Това е първият женски медал на световно в историята на българската фехтовка.

През 2019 г., вече 19-годшна, печели шест медала от седемте си участия в Световната купа - два златни, един сребърен и три бронзови. През 2020 г. Илиева е избрана за лице на инициатива "София - европейска столица на спорта".

През 2022 година Йоана става носителка на комплексната Европейска купа за жени до 23 години за сезон 2021/2022.

Йоана Илиева печели европейската титла на сабя за жени до 23 години на шампионата на Стария континент в Будапеща, Унгария през 2023 г.

Йоана Илиева печели бронзов медал на Световното първенство по фехтовка в Милано през 2023 г. Отличието е първо в историята на женската ни сабя от световен шампионат.

Участва на Олимпийските игри във Франция през 2024 г.