A soli undici anni, Julia, scriveva lettere ai direttori dei teatri chiedendo se per caso servisse una bambina in qualche ruolo, finché qualcuno, entusiasmato dall'estro dell'offerta, una piccola parte gliel'ha scritta apposta.
Tra teatro prima (il 'La Mama' e il 'Kitchen', entrambi newyorkesi) e televisione poi (è la miniserie della NBC 'The '60' a farla conoscere al grande pubblico), la ragazzina cresce e approda al cinema, la via più immediata alla celebrità.
Le prime parti di spicco sono in "Le 10 cose che odio di te" e in "Hamlet 2000", a fianco di Ethan Hawke, in cui Julia mette a frutto l'esperienza teatrale interpretando Ofelia.
Con "Save The Last Dance", coprodotto da Mtv, arrivano fama e fortuna.
Nel 2001 la Stiles interpreta Desdemona nell'ennesima rilettura dell'Otello, intitolata semplicemente "O", dove la protagonista si confronta con un conflitto razziale e con una dolorosa storia d'amore.
L' abbiamo vista in "A Guy Thing", in "A Mona Lisa Smile" (2003) insieme a Julia Roberts, in "The Bourne Supremacy" (2004), e nei panni di un ambiziosa studentessa nel film "Un Principe tutto mio". Diva anticonvenzionale, per gusti e scelte artistiche, Julia deve molto all'infanzia trascorsa in un loft a Soho, il quartiere newyorkese degli artisti, con due genitori politicamente impegnati e decisi a farla crescere, primogenita con due fratelli, nel modo più indipendente possibile.
Ha interpretato "Edmond" (2005), l'horror-movie "Omen - Il Presagio" (2006) e "The Bourne Ultimatum" (2007) di nuovo accanto a Matt Damon.