Après des études à l'École supérieure d'art dramatique de Toulouse, il fait ses débuts au théâtre en 2003 avec la pièce "Le Contrat" de Nicolas Bedos, aux côtés de Michel Blanc et Élodie Frégé.
En 2005, Julien Guérin rejoint l'émission télévisée "On n'est pas couché" sur France 4 et devient l'un des humoristes récurrents du plateau. Il poursuit ensuite sa carrière à la télévision en participant à diverses émissions comme "La Carte postale", "Taratata" ou encore "Le Grand Journal".
En 2010, il se lance dans le cinéma avec le film "Il faut renverser les tables" de Jean-François Richet, aux côtés de Gérard Depardieu et Roschdy Zem. La même année, il incarne le rôle de Félicien dans la série télévisée "Les Hommes de l'Ombre".
En 2012, Julien Guérin se révèle au grand public en jouant le rôle principal du film "Populaire" aux côtés d'Antoine Dulerc. Sa performance lui vaut une nomination au César dans la catégorie meilleur espoir masculin l'année suivante.
En 2014, il est à l'affiche du film "Le Grand Partage" de Thomas Gilou et interprète en 2015 le rôle principal du film "La Môme de la dune".
En 2016, il joue dans le téléfilm "Tu ne tueras point" d'Éric Duret, adaptation de l'œuvre d'Emmaüs Pinto. La même année, il est à l'affiche du film "Désobéir" de Gilles Bourdos, aux côtés de Guillaume Canet et Marion Cotillard.
En 2017, il incarne le rôle de Félix dans le film "Nos batailles d'amour et de gloire" de Laurent Tirard, puis en 2018 celui de Jean-Paul dans le film "Rafale" de Tristan Aurouet.
En 2019, il joue aux côtés de Fabrice Luchini, Noémie Merlant et Alice Isaaz dans le film "J'ai perdu mon corps" de Guillaume Laurant, puis en 2020 celui de Julien dans le film "Le Dernier Coup de gong" de Romain Gavras.
Julien Guérin est également actif sur scène et a donné des représentations remarquées à la Comédie-Française où il a tenu les rôles-titre d'Othello, de Cyrano de Bergerac ou encore de Hamlet.
Aujourd'hui, Julien Guérin continue sa carrière dans le cinéma, à la télévision et sur scène, en tant qu'acteur mais aussi en tant que réalisateur, notamment pour l'émission humoristique "La Vraie Vie".