Родилась 28 октября 1967 года в городе Смирна, штат Джорджия, США. Будущая актриса стала третьим ребёнком в семье, у нее есть старший брат Эрик (ныне актер) и сестр Лиза. Отец Джулии, Уолтер Грэйди Робертс, был продавцом водяных матрасов и одновременно актёром и писателем с ирландскими, шотландскими, валлийскими и английскими корнями. Мать Джулии, Бетти Лу Бредемас, работавшая секретарём в церковном приходе и по совместительству актёрствовавшая, имела шведское происхождение.

С 13 лет Джули Робертс работала официанткой в пиццерии, посещала Начальную школу Фитцхью Ли, Среднюю школу Гриффина и Колледж Кэмпбелл в Смирне. Несколько раз она принимала участие в местном конкурсе красоты, однако дальше финала никогда не проходила. В школьные годы она настолько впечатлилась актёрскими успехами старшего брата, что начала участвовать в местных любительских постановках.

После окончания школы Джулия какое-то время изучала журналистику в университете Атланты, а потом последовала за старшими братом и сестрой Лизой в Нью-Йорк. Там она поначалу работала продавщицей в магазине спортивной обуви на Манхэттене. Потом подписала контракт с модельным агентством Click и начала посещать курсы актёрского искусства. Помимо уроков актёрства, занималась тренировкой своего произношения: южный акцент никогда не приветствовался в кино. Вскоре, правда, она забросила посещения актёрского курса, потому что не находила его достаточно эффективным. В 1986 году брат Эрик помог ей получить маленькую роль в кино. Ее увидели, оценили и начали снимать. В 1988 г. на экраны вышло сразу три фильма с участием актрисы.

После того, как она сыграла в романтической комедии "Мистическая Пицца" (1988), она запомнилась зрителям - благодаря своей очаровательной улыбке, непосредственности и обаянию, которое излучала ее героиня с киноэкрана.

За роль в картине "Стальные Магнолии" (1989), Робертс получила Золотой Глобус в номинации за лучшую женскую роль второго плана, а также была номинирована на "Оскар".

Ее успех окончательно закрепила знаменитая "Красотка" (1990), после которой Джулию полюбили зрители со всего мира. Эта немного наивная, добрая и сентиментальная история, несмотря на всю свою банальность и "золушкоподнобность", не смогла оставить равнодушными простого зрителя.

В начале 1990 годов Робертс выпускает несколько «серьёзных» фильмов подряд и несколько чисто развлекательных картин. Все они в той или иной степени пользовались популярностью у публики, однако успеха «Красотки» повторить не удавалось.
В ее карьере наступило затишье, после ряда не совсем удачных фильмов Джулия начала было утрачивать свой статус мега-звезды.

Возвращение актрисы в кино оказалось более чем триумфальным. Романтическая комедия «Свадьба лучшего друга» 1997 года вновь показала зрителям Джулию такой, какой они её полюбили: ироничной комедианткой с заразительным смехом и широкой улыбкой. Фильм стал фаворитом и у критиков.
Гонорары Джулии росли от фильма к фильму.

Настоящим триумфом Джулии Робертс стала биографическая роль в фильме Стивена Содерберга «Эрин Брокович» (2000). Фильм не только пользуется большим успехом у зрителей, но и приносит создателям пять номинаций на премию «Оскар», один из которых получает Джулия. Вручение ей золотой статуэтки окончательно закрепило её статус как главной кинозвезды Голливуда и всеобщей «любимицы Америки».

Робертс владеет кинокомпанией Om Red Films, а кроме того, активно занимается благотворительной деятельностью.

4 июля 2002 года Джулия вышла замуж за кинооператора Дэниела Модера. В их семье растут трое детей - близнецы Хэзел Патриша и Финнеас Уолтер (родились 28 ноября 2004) и еще один сын, Генри Даниэл (родился 18 июня 2007).
Джулия с семьёй проживает в своём пентхаусе в Нью-Йорке (на Манхэттене) и на ранчо в Тахо. У неё также есть особняк в Малибу, Калифорния.