Elle vient d'une famille d'intellectuels : sa mère est une artiste qui travaille sur des céramiques et tient un magasin dans Greenwich Village, son père est un professeur d'université. Elle grandit dans un loft dans le quartier de Soho, entourée d'artistes qui vont et viennent chez ses parents. Ses origines sont diverses : italienne, anglaise et irlandaise.

Très vite, elle participe aux discussions politiques et écrit même des lettres à des dirigeants. Julia est une très bonne élève et encouragée par ses parents, elle prend des cours de danse moderne et de comédie depuis son plus jeune âge. A 12 ans, elle a déjà un agent et commence à faire quelques apparitions dans des pubs et des séries TV, mais lorsque Kirsten Dunst remporte le rôle pour "Entretien avec un Vampire", Julia est inconsolable.

Mais elle est destinée au cinéma et sa carrière ne tarde pas à décoller. A 17 ans, elle joue dans le thriller indépendant "Wicked" et grâce à ce film, elle fait sensation au Festival de Sundance.

Avec "10 bonnes raisons de te larguer", Julia tient son gros succès public ! Le film est basé sur une pièce de Shakespeare "La mégère apprivoisée" et Julia va rester fidèle à cet auteur avec "Hamlet" en 2000 où elle donne la réplique à Ethan Hawke et "Othello 2003" où elle incarne une Desdémone moderne.

Elle enchaîne ensuite les succès et surtout "Save the Last Dance" où elle met à profit ses talents de danseuse. Mais elle sait aussi sortir des films d'ado et joue dans "La mémoire dans la Peau" ou "Le sourire de Mona Lisa" face à Julia Roberts.