Fille des comédiens Albert Delpy et Marie Pillet, Julie Delpy tourne dès l'âge de sept ans dans Guerres civiles en France (1976). Plus tard, elle se fait remarquer dans des films de Jean-Luc Godard (Détective, 1984) et Leos Carax (Mauvais sang, 1986) avant de connaître une véritable consécration grâce à La Passion Béatrice de Bertrand Tavernier en 1987.L'actrice au physique de jeune première enchaîne ensuite des rôles d'ingénues ambiguës dans des productions européennes comme Europa Europa d'Agnieszka Holland (1989), The Voyager de Volker Schlöndorff (1990), et Trois couleurs - Blanc de Krzysztof Kieslowski (1993).A l'occasion du tournage de Killing Zoe de Roger Avary (1994), Julie Delpy choisit de s'installer à Los Angeles où elle s'impose peu à peu dans le milieu du cinéma américain sans jamais connaître de succès populaire (Before sunrise, 1994; Le Loup-garou de Paris, 1996). Elle continue d'apparaître sporadiquement dans des films européens (Tykho Moon, 1995; I Love L. A., 1998) mais travaille essentiellement aux Etats-Unis (Investigating Sex d'Alan Rudolph, 2001).