Elle a commencé sa carrière à l'âge de dix ans en jouant un petit rôle dans le film *Ma vie en rose*. Après des études à la Cours Florent, Julia Ora a décroché son premier grand rôle à quatorze ans en incarnant Bianca dans la série télévisée *Tropiques Violents*.
En 2001, elle obtient un rôle dans le film *Les Enfants du marais*, qui lui a valu une nomination aux Césars de la meilleure actrice dans un second rôle. Cette même année, elle joue également dans la comédie dramatique *Au cœur du temps*.
En 2005, Julia Ora se fait remarquer pour son interprétation de Laetitia dans le film *Vénus Beauté (Institut)*, qui lui a valu une nomination au César de la meilleure actrice. Elle rejoint également la distribution principale de la série télévisée *Plus belle la vie* en jouant le rôle de Joséphine pour plusieurs saisons.
En 2014, elle tient l'un des rôles principaux du film *Les Combattants*, qui lui a valu un César de la meilleure actrice dans un second rôle. Cette même année, elle rejoint également le casting de la série télévisée *Plus belle la vie* en tant que réalisatrice.
En 2016, Julia Ora fait ses premiers pas derrière la caméra en réalalisant son propre court-métrage, *L'Hiver qui vient*. En 2018, elle sort le long-métrage qu'elle a écrit et réalisé, *Tombées des arbres*, qui lui a valu une nomination au César de la meilleure première œuvre.
En 2019, elle fait partie du casting de la série télévisée *Olivier* en jouant le rôle de Marie. Cette même année, elle réalise un documentaire, *Nous sommes les autres*, qui lui a valu une nomination au César du meilleur documentaire.
En 2021, Julia Ora joue le rôle principal dans la série télévisée *La Vengeance aux yeux verts*. Elle est actuellement en postproduction pour son deuxième long-métrage de fiction, *Aline et Valentin*.