Janna Prokhorenko est la fille du pilote d'avion Trofim Prokhorenko, qui périt lors de la Seconde Guerre mondiale près d'Orel. Sa mère, Eleonora Ilinitchna, emmène Janna et son frère Léonide dans l'Oural. Puis, ils déménagent à Leningrad chez leur tante, Viktoria. A Leningrad, Janna suit les cours d'art dramatique au centre culturel pour la jeunesse Andreï Jdanov. Elle finit l'école avec une médaille d'or et entame les études à l'École-studio du Théâtre d'Art académique de Moscou. En 1959, elle tient le rôle principal dans le film de guerre "La Ballade du soldat" de Grigori Tchoukhraï. Le film est projeté au Festival de Cannes 1960 où il reçoit le prix de la meilleure participation pour la sélection soviétique. Avec son collègue Vladimir Ivachov, l'autre acteur vedette de "La Ballade du soldat", Janna Prokhorenko est présente au Festival international du film de San Francisco 1960. Elle tourne dans le film de Youli Raizman "Et si c'était l'amour" sorti en 1961. Ses absences répétées pour les besoins de tournages lui valent le renvoi de l'école théâtrale. Tchoukhraï la fait admettre dans la classe de Sergueï Guerassimov et Tamara Makarova de l'Institut national de la cinématographie dont elle est diplômée en 1964.