Жюли Дельпи родилась в Париже в семье актёров Мари Пилле и Альбера Дельпи. Училась режиссуре в Нью-Йорке. Дебютировала на сцене в возрасте пяти лет. Первую небольшую кинороль Дельпи сыграла в фильме Жан-Люк Годара 1985 г. «Детектив». Первую главную роль получила в фильме Бертрана Тавернье «Страсть Беатрис». Международное признание Дельпи получила в 1990 г. благодаря главной роли в нашумевшем фильме Агнешки Холланд Европа, Европа (1990). На волне этого успеха начался взлёт актёрской карьеры Дельпи, и в последующие годы она снялась в фильмах таких известных режиссёров, как Фолькер Шлёндорф («Путешественник», 1991) и Кшиштоф Кеслёвский («Три цвета: Белый», 1994).
Двойной успех на Берлинале Жюли Дельпи и её партнёру по фильму «Перед восходом» (1995) и его продолжению «Перед закатом» (2004) американскому актёру Итану Хоуку обеспечил режиссёр Ричард Линклейтер. Дельпи сама дебютировала в качестве режиссёра в фильме 2007 г. «Два дня в Париже» (англ. 2 Days in Paris).
В 2003 г. вышел диск Жюли Дельпи с песнями её собственного сочинения на французском языке, где она сама аккомпанирует себя на гитаре.
В настоящее время проживает в Лос-Анджелесе. Сняла по собственному сценарию фильм о кровавой графине Эржебет Батори «Графиня».