משפחתה של רוברטס חייתה בצניעות. כדי להתגבר על העוני, אביה ניהל בית ספר קטן למשחק כעבודה צדדית. בבית הספר למדו גם ילדיו של מרטין לותר קינג. כשג'וליה נולדה, קינג החליט לשלם את חשבון ההוצאות של בית החולים כאות הוקרה לאביה.
בשנת 1971 הוריה של רוברטס התגרשו. שנה לאחר מכן בטי לו רוברטס התחתנה עם מבקר התיאטרון מייקל מוזס. הנישואים לא החזיקו מעמד זמן רב ובשנת 1983 אמה של רוברטס התגרשה בשנית. שנים אחר כך בטי לו טענה שנישואיה למוזס "היו טעות גדולה" כיוון שמוזס היה אלים כלפי ילדיה מהנישואים הקודמים. אריק אכן אישר בפומבי את בעיית האלימות אך ג'וליה נמנעה מלעסוק בנושא. אביה של רוברטס עצמו מת מסרטן כשהייתה בת עשר.
לאחר סיום לימודיה בתיכון "סמירנס קמפבל", החלה רוברטס ללמוד באוניברסיטת ג'ורגיה אך פרשה במהלך הלימודים ועברה לניו יורק כדי לנסות לפתח קריירה קולנועית, חתמה על חוזה עם סוכנות הדוגמניות "קליק" והתחילה ללמוד משחק.
קריירה.
שנות ה-80.
אחרי מבחני בד רבים, רוברטס קיבלה בשנת 1987 תפקיד משני ראשון בקולנוע בסרט "Firehouse", חמש עשרה שניות על המסך בסך הכל (ללא קרדיט). באותה שנה קיבלה גם תפקיד משני במערבון "דם אדום", בו שיחקה רוברטס לצידו של אחיה אריק, אז שחקן מוכר הרבה יותר ממנה. אם כי סרט זה יצא לאקרנים רק ב-1989. הופעתה הראשונה בטלוויזיה הייתה כקורבן אונס צעיר בעונה הראשונית של הסדרה "סיפור פשע" עם דניס פארינה, בפרק שכותרתו "השורד", ששודר ב-13 בפברואר 1987.
הסרט שהקנה לה את פרסומה הראשוני היה הקומדיה "מיסטיק פיצה" בשנת 1988. בו שיחקה בשיער צבוע אדום, צבע שהפך עם הזמן לאחד מסימני ההכר שלה. עבור התפקיד הרוויחה 50 אלף דולר. באותה שנה, היה לה תפקיד בפרק הגמר של העונה הרביעית של הסדרה מיאמי מחלק מוסר.
הפריצה הגדולה של רוברטס באה בשנה לאחר מכן, בתפקיד המשני אותו גילמה בסרט "מגנוליות מפלדה", כאישה צעירה חולת סוכרת בהכנותיה לחתונתה, הביא לרוברטס זכייה בפרס גלובוס הזהב ומועמדות לפרס האוסקר עבור תפקיד משנה.
שנות ה-90.
"מגנוליות מפלדה" יצא לאקרנים בארצות הברית בסוף 1989. באותו זמן רוברטס כמעט סיימה להצטלם לקומדיה רומנטית עם שם זמני "3000 דולר" - הסכום שמציע גיבור הסרט (אותו גילם ריצ'רד גיר) לזונה בעבור שבוע בחברתו. על אף שהמפיקים רצו שחקנית מוכרת יותר לתפקיד הנערה ויוויאן וורד, הבמאי גארי מרשל שכנע אותם לקחת את רוברטס. בגרסה המקורית של התסריט לא היה לסיפור סוף טוב מבחינתה של הזונה. ויוויאן הייתה נרקומנית והתנאי של המיליונר היה שהיא תחדל להשתמש בסמים במשך אותו שבוע. בסופו של דבר, הגיבור אותו שיחק ריצ'רד גיר היה אמור לזרוק את ויוויאן מהאוטו בסוף הסרט ואף לזרוק עליה את הסכום שעל שמו נקרא הסרט.
בעקבות הצלחתה של רוברטס ב"מגנוליות מפלדה", דבר שהפך אותה לשחקנית מוכרת, החליט מרשל לצלם מחדש את סוף הסרט ולהוציא ממנו את כל הסצינות הקשות. גם שמו של הסרט שונה מ"3000 דולר" לאישה יפה. הסרט עם גיר ורוברטס יצא לאקרנים ב-23 במרץ 1990 והרוויח 180 מיליון דולר בארצות הברית - סכום גבוה לז'אנר הקומדיה הרומנטית. רוברטס זכתה למועמדות שנייה לפרס האוסקר - הפעם כשחקנית ראשית.
אחרי ההצלחה של אישה יפה וסרט המתח "קו הדממה" של הבמאי ג'ואל שומאכר, הפכה רוברטס לכוכבת. עבור הסרט הבא בהשתתפותה - לישון עם האויב, קיבלה רוברטס משכורת בסך מיליון דולר. ב-1991 גילמה את טינקר בל בסרט "הוק" של סטיבן ספילברג, וכיכבה כאחות בסרט הרומנטי של ג'ואל שומאכר "בחירתה של אהבה"; שני הסרטים גם זכו להצלחה מסחרית.
אחר כך החליטה רוברטס לשנות כיוון ולנסות לשחק תפקידים "רציניים". בשנת 1993 היא שיחקה במותחן פוליטי המבוסס על ספר רב-מכר בשם דומה מאת ג'ון גרישם, בבימויו ובהפקתו של אלן ג'יי פאקולה שכתב גם את התסריט.
בשנת 1994 שיחקה רוברטס בסרטו של הבמאי רוברט אלטמן משהו ללבוש, ובתפקיד קטן בסרטו של וודי אלן כולם אומרים אני אוהב אותך. בשנת 1995 חוותה כישלון קופתי ראשון, כאשר הסרט בכיכובה מרי ריילי לא החזיר את הסכום שהושקע בו. בשלב זה החליטה רוברטס לקחת פסק זמן מהעבודה, וכך גרמה למבקרים למהר ולהספיד את הקריירה הקולנועית שלה.
בשנת 1997 כיכבה בקומדיה "החתונה של החבר שלי". הסרט זכה להצלחה קופתית מרשימה וקיבל ביקורות מצוינות אצל מבקרי הקולנוע. על משחקה של רוברטס בסרט כתב המבקר של "שיקגו סאן טיימס" רוג'ר איברט כי היה "לא פחות ממבריק". באותה שנה כיכבה גם בסרט המתח "תאוריית הקשר" לצד מל גיבסון.
אחרי הסרט "החתונה של החבר שלי", שיחקה רוברטס ב-1999 בעוד שתי קומדיות מצליחות - "נוטינג היל" לצד יו גרנט, עבורו הייתה מועמדת לפרס גלובוס הזהב ו-"תפוס את הכלה" שוב לצדו של ריצ'רד גיר.
העשור הראשון של המאה ה-21.
ההצלחתה הגדולה הבאה של רוברטס הייתה בסרט הביוגרפי "ארין ברוקוביץ'" משנת 2000. הסרט הדרמטי זכה להצלחה קופתית מרשימה (250 מיליון דולר) והביא ליוצריו גם חמש מועמדויות לאוסקר, כולל מועמדות לשחקנית הטובה ביותר עבור רוברטס שגם זכתה בפרס. עבור השתתפותה בסרט קיבלה סכום חסר תקדים לשחקנית - 20 מיליון דולר.
בשנת 2001 השתתפה בסרט "אושן 11" קומדיית-פשע בבימויו של סטיבן סודרברג, באותה שנה גם כיכבה בסרט "המקסיקני" כחברתו של בראד פיט, רוצח שכיר בשירות המאפיה, ובקומדיה "אמריקה מאוהבת" בבימוי ג'ו רות, לצד בילי קריסטל, שגם כתב את התסריט.
בשנת 2002 כיכבה בקומדיה "עירום מלא" (באנגלית: "Full Frontal") קומדיה שביים סטיבן סודרברג.
בשנת 2003 שיחקה בתפקיד הראשי בסרט "חיוך של מונה ליזה", עליו קיבלה רוברטס סכום שיא לשחקנית עד אז, 25 מיליון דולר.
בשנת 2004 השתתפה בסרט ההמשך בסדרת הסרטים "אושן", "אושן 12", ובסרט "קרוב יותר", דרמה רומנטית של הבמאי מייקל ניקולס, שהתקציב הכולל שלו היה 27 מיליון דולר, אך הכניס יותר מ-115 מיליון דולר בקופות.
בשנת 2006 דיבבה את שרלוט בסרט המצויר "חוות הקסמים" בכיכובה של דקוטה פנינג.
בתחילת 2006 ניסתה כוחה בברודוויי, שם כיכבה לראשונה במחזה "שלושה ימים של גשם". אף על פי שהמחזה גרף כמעט מיליון דולר במכירת כרטיסים במהלך השבוע הראשון שלו, והיה להצלחה מסחרית לאורך כל הזמן מוגבל בו עלה, הופעתה גררה ביקורת. בן ברנטלי מ"הניו יורק טיימס" תיאר את רוברטס כמי שמלא ב"תודעה עצמית (במיוחד במערכה הראשונה), ומכירה רק במבט חלקי את שתי הדמויות שהיא מגלמת". ברנטלי גם מתח ביקורת על ההפקה הכוללת, וכתב כי "כמעט בלתי אפשרי להבחין בסגולותיו האמנותיות של המחזה, מהפרשנות המפוצלת הזו, בבימויו של ג'ו מנטלו.
בשנת 2007 חזרה רוברטס לקולנוע בדרמה של מייק ניקולס "מלחמתו של צ'ארלי וילסון". ניקולס צוטט כמי שאמר על ג'וליה: "היא כל כך יפה שלפעמים שוכחים עד כמה היא שחקנית טובה".
העשור השני של המאה ה-21.
בשנת 2010, כיכבה בסרטים "יום האהבה" ובסרט "לאכול, להתפלל, לאהוב", המבוסס על רומן באותו השם מאת אליזבת גילברט. הסרט הוא זכה לביקורות שליליות מהמבקרים, אך זכה להצלחה מסחרית, והכניס 204.6 מיליון דולר ברחבי העולם מול תקציב של 60 מיליון דולר.
בשנת 2011 כיכבה בסרט "לארי קראון" לצדו של טום הנקס, שגם כתב וביים אותו.
בשנת 2013 הופיעה רוברטס בקומדיה השחורה "" בתפקיד ברברה ווטסון - פורדהאם בתה הבכורה של ויולט ווטסון (מריל סטריפ). תפקידה בסרט העניק לה מועמדות רביעית לאוסקר וראשונה לאחר 13 שנים בקטגוריית פרס אוסקר לשחקנית המשנה הטובה ביותר, היא הועמדה בנוסף גם לפרס גלובוס הזהב לתפקיד משני ולפרס באפט"א.
בשנת 2016, כיכבה בסרט המתח "מפלצת הכס" לצידו של ג'ורג' קלוני.
ב-2017 הופיעה רוברטס בסרט הדרמה "פלא" בתפקיד איזבל פולמן, אמו של אוגי, שנולד עם תסמונת גנטית נדירה שגרמה לעיוות חמור בפניו. באותה שנה גם השתתפה בדיבוב, בתפקיד דרדסית ערבה, בסרט "".
בשנת 2018, שיחקה בסרט "בן חזר הביתה" כהולי, אימו של בן הסובל מהתמכרות למשככי כאבים. בסוף אותה שנה עלתה הסדרה "הומקאמינג" בכיכובה, בשירות הסטרימינג פריים וידאו. בה היא מגלמת עובדת סוציאלית בפרויקט "השיבה הביתה", שנועד לכאורה לסייע לחיילים שחזרו מהמלחמה להתגבר על פוסט טראומה ולהתכונן לחיים האזרחים, אך מאחריו יש קונספירציה. הסדרה זכתה לביקרות נלהבות, ושבחים על משחקה.
בשנת 2020 לוהקה לתפקיד ראשי במותחן הפוליטי "Gaslit", כשהיא מגלמת את מרתה מיטשל, אשתו של התובע הכללי של ארצות הברית - ג'ון ניוטון מיטשל, אותו מגלם שון פן. הסדרה כרגע נמצאת בפוסט-פרודקשן ועתידה לעלות לשידור ברשת Starz במהלך 2022.
חיים אישיים.
רוברטס הייתה בעבר במערכות יחסים עם השחקנים: ליאם ניסן, דילין מקדרמוט וקיפר סאת'רלנד, שלו הייתה מאורסת והם נפרדו שלושה ימים לפני מועד חתונתם ב-11 ביוני 1991. ב-25 ביוני 1993, היא נישאה לזמר הקאנטרי ליל לאביט. הם נפרדו במרץ 1995. בין השנים 1998 - 2001, היא הייתה במערכת יחסים עם השחקן בנג'מין בראט.
בשנת 2000, בעת צילומי הסרט "המקסיקני", הכירה רוברטס את הצלם דניאל מודר. הם נישאו ב-4 ביולי 2002, ובנובמבר 2004, נולדו לזוג תאומים. בעקבות הלידה, החליטה רוברטס לקחת עוד פסק זמן ונעלמה מתודעת הקהל. ב-18 ביוני 2007 ילדה את בנה השלישי הנרי.
בפברואר 2014 נפטרה אחותה למחצה של ג'וליה, ננסי מוטס, בת ה-37, ממנת יתר.
רוברטס מגדירה עצמה כהינדואיסטית. היא פעילה בקרן החירום הבינלאומית של האומות המאוחדות לילדים.
בדמינטון