Julia Piaton est l'une des filles de Charlotte de Turckheim et de Jean-Marc Piaton. Elle a deux sœurs : Clara et Johanna. En 2006, elle obtient sa licence de Lettres modernes puis poursuit en audiovisuel avec un master. En parallèle de ses études, la jeune femme suit les cours de théâtre d’Armel Veilhan puis de Thibault de Montalembert.

Le cinéma lui ouvre ses portes avec le film de sa mère Les Aristos en 2006, puis Nos 18 ans de Frédéric Berthe deux ans plus tard. En 2010, Julia part deux ans à New York et s’inscrit à l’Atelier Actor Studio où elle suit les cours de John Strasberg. 2010 est également l'année où elle effectue une apparition à la télévision dans "Astromaniak".

En 2012, elle joue Roxane dans Mince alors ! et confirme ainsi à quel point la comédie est son genre de prédilection. Julia Piaton retourne sur le petit écran pour les besoins de deux épisodes de la saison 3 de Profilage et participe ensuite, aux côtés de Christian Clavier et Chantal Lauby, à la comédie Qu’est-ce qu’on a fait au Bon Dieu ? en 2014.

Julia continue de participer à la série Profilage tout en enchaînant les rôles sur grand écran. On la voit notamment en juge d'instruction dans le drame Arrêtez-moi là avec Reda Kateb. Elle retourne ensuite à la comédie pour Le talent de mes amis de et avec Alex Lutz et La Vache, dans lequel elle campe une jeune reporter aux côtés de Jamel Debbouze.

Julia apparaît aussi dans Adopte un veuf avec André Dussollier ou Jour J de Reem Kherici. Elle fait ensuite un petit détour par la TV en se glissant dans l'uniforme du Capitaine Ziegler dans la série policière Glacé. En 2018, la comédienne est l'héroïne de la comédie La Monnaie de leur pièce d'Anne le Ny. L'année suivante, elle reprend son personnage de Odile Verneuil dans Qu'est-ce qu'on a encore fait au Bon Dieu ?, qui là encore se solde par un carton au box-office.

Parallèlement, Julia Piaton campe la fille de Gérard Darmon et la sœur de Jonathan Cohen dans la série Netflix à succès Family Business, dans laquelle une famille atypique se lance dans le commerce de cannabis. En 2021, sa prestation dans Les Choses qu'on dit, les choses qu'on fait lui permet de concourir pour le César du Meilleur espoir féminin. Cette même année, elle donne la réplique à Benjamin Lavernhe dans la comédie Le Discours.

Elle retrouve ensuite l'acteur pour Les Engagés, avec lequel elle tente de venir en aide à un réfugié.