Licenciada en Ciencias Políticas por la Universidad Complutense de Madrid, Josefina Molina se convirtió en el año 1969 en la primera mujer española que obtuvo el título de Directora y Realizadora de la Escuela Oficial de Cinematografía. Comenzó su carrera profesional en Televisión Española, donde se especializó en programas dramáticos realizando excelentes adaptaciones de obras de Franz Kafka, Charles Dickens, Edgar Allan Poe y Lope de Vega, entre otros autores. En 1968 realizó para televisión la serie Cuentos y leyendas, junto José Luis Borau, Mario Camus, Antonio Giménez–Rico y Alfonso Ungría.
Dirigió su primer cortometraje en 1972; se tituló La
rama seca. Más tarde inició su carrera cinematográfica
con Vera, un cuento cruel (1973), filme
protagonizado por Fernando Fernán
Gómez, que le hizo merecedora del reconocimiento del público
internacional. Al año siguiente realiza el programa televisivo
Un globo, dos globos, tres globos (1974),
y codirige, junto a Antonio Drove, la serie
Los pintores del Prado (1974). Su siguiente
trabajo, El camino (1977), es una película
para televisión basada la novela del escritor vallisoletano Miguel
Delibes.
En 1980 participó en la dirección de Cuentos eróticos con el segmento La tilita, junto a Enrique Brasó, Jaime Chávarri, Emma Cohen, Fernando Colomo, Jesús García de Dueñas, Augusto Martínez Torres, Juan Tébar y Alfonso Ungría. En 1981 vuelve al cine con la adaptación de una obra de Miguel Delibes: el drama Función de noche (1981), protagonizado por Lola Herrera.
Teresa de Jesús (1984) es una serie televisiva protagonizada por Concha Velasco y acompañada en el reparto por Héctor Alterio y Francisco Rabal. Ganadora del Premio TP de Oro a la Mejor Serie Nacional, colaboró en el guión la escritora Carmen Martín Gaite. Esquilache (1988) se trata de un filme histórico con un guión basado en la obra Un soñador para el pueblo, del autor teatral guadalajareño Antonio Buero Vallejo (1916–2000). Narra los hechos acontecidos en Madrid en el año 1766, que provocaron el Motín de Esquilache, nombre dado en referencia al político siciliano nombrado primer ministro por el monarca Carlos III. El siguiente trabajo de Josefina Molina es un guión de Joaquín Oristrell. Lo más natural (1990) obtuvo el Premio Goya a la Mejor Música Original. Dos años después estrena una adaptación dramático–musical basada en la obra de los hermanos Manuel y Antonio Machado: La Lola se va a los puertos (1993).
En 1994, Josefina Molina publicó su primera novela: Cuestión de azar. También fue miembro del comité que otorgaba las ayudas al cine. En 1997 vuelve a la pequeña pantalla con Entre naranjos (1997), serie basada en la novela de Vicente Blasco Ibáñez galardonada con el premio ATV a la Mejor Dirección. Al año siguiente se sumerge en el rodaje de otro nuevo serial, Esta es mi tierra (1998), uno de cuyos capítulos dedicó a la escritora Ana María Matute. En 1999 vuelve a destacar su faceta como escritora y presenta una novela histórica sobre el viaje que Santa Teresa de Jesús (1515–1582) hizo a Sevilla en 1575.