Se celebraron grandes fiestas por su matrimonio, sin embargo, Juana no fue feliz: extrañaba su hogar, era ignorada por su marido, al que no concedía hijos varones, y por los florentinos, quienes la despreciaban por su linaje austriaco.

Pero su suegro, Cosme I de Médici, que siempre fue amable con ella, hizo decorar el patio del Palazzo Vecchio especialmente para ella, con murales de pueblos austriacos.

Finalmente, en 1577, Juana dio a luz al heredero tan esperado, Felipe Cosme, bautizado en honor al rey Felipe II de España, primo hermano de Juana.

Su esposo, Francisco, posteriormente se casó con su amante, Bianca Cappello, y luego la hizo gran duquesa.

El análisis también confirmó que Juana padecía el conocido prognatismo Habsburgo y una gravísima escoliosis, con la columna vertebral y la pelvis tan desplazadas que dificultaron todos sus partos.