A História de Joana, a Virgem acompanha a vida de Joana Guadalupe Bravo (Camila Valero), uma jovem determinada que decidiu permanecer virgem até encontrar o amor verdadeiro. Porém, tudo muda após um erro em um procedimento médico. Durante um exame de rotina, ela acaba inseminada com o material genético de Gabriel Rubio (Brandon Peniche), um empresário que jamais viu antes. A descoberta da gravidez transforma completamente seus planos e sua rotina.
Enquanto tenta compreender a nova realidade, Joana enfrenta dúvidas, medos e conflitos familiares. Ainda assim, recebe apoio da avó Josefina Sosa de Bravo (Cynthia Klitbo), da mãe Jeny Bravo (Grettell Valdez) e do tio Felipe Bravo (Mario Morán). Ao mesmo tempo, a jovem precisa amadurecer rapidamente para lidar com a maternidade inesperada e seguir firme em busca de independência profissional.
Por outro lado, Gabriel tenta reconstruir a própria vida após vencer uma dura batalha contra o câncer. Antes do tratamento, ele congelou material genético na esperança de realizar o sonho da paternidade no futuro. Contudo, a clínica informa que sua última amostra foi perdida. Abalado, Gabriel acredita que jamais poderá ter filhos e mergulha no trabalho para esconder a frustração e salvar seu casamento em crise.
No decorrer da trama, A História de Joana, a Virgem aproxima os caminhos de Joana e Gabriel de forma inesperada. Sem saber que carregam uma ligação definitiva, os dois passam a conviver na Cervejaria Rubio. Aos poucos, a amizade cresce e dá espaço para sentimentos intensos. Entretanto, o relacionamento desperta o interesse e a revolta de pessoas próximas, principalmente de Paula Fuenmayor (Irina Baeva), mulher de Gabriel.
Além dos conflitos amorosos, Joana e Gabriel enfrentam ameaças dentro e fora da empresa da família Rubio. Rogério Fuenmayor (Alexis Ayala) deseja destruir a cervejaria por causa de uma antiga rivalidade familiar. Paralelamente, Camila Montes de Armas (Fabiola Guajardo) se aproxima de Gabriel enquanto tenta sobreviver após o desaparecimento do marido. Dessa forma, disputas pessoais e interesses financeiros aumentam ainda mais a tensão entre os personagens.
Entre encontros inesperados, segredos e relações familiares complexas, A História de Joana, a Virgem constrói uma narrativa marcada por escolhas difíceis, paixão e recomeços. Enquanto Joana tenta proteger o filho que espera, Gabriel busca descobrir quem realmente está ao seu lado. Assim, os dois precisarão enfrentar manipulações, perdas e desafios que mudarão suas vidas para sempre.