Nata nella cosmopolita Berlino da una famiglia di avvocati, la giovane Julia Jentsch studia Arte Drammatica nella prestigiosa Accademia Ernst Busch della sua città. Esordisce a teatro e nel 2002 viene nominata il Miglior Nuovo Talento dalla rivista Theater Heute.
Nel 2000 il debutto sul grande schermo con Zornige Küsse di Judith Kennel, storia d'amore tra l'allieva di una scuola religiosa e il suo insegnate, cui seguono alcune partecipazioni televisive, il romantico Julietta, e la commedia decisamente poco politically correct Porto mio fratello a fare sesso.
Dopo essersi cimentata in altri lavori televisivi ed essere apparsa nel discusso La caduta - Gli ultimi giorni di Hitler con protagonista lo straordinario Bruno Ganz, si fa apprezzare nel 2004 in The Edukators, presentato in concorso al 57mo Festival di Cannes.
L'anno seguente Julia ha ricevuto l'Orso d'Argento e l'European Film Award per la miglior interpretazione femminile per Sophie Scholl - La Rosa Bianca, film candidato all'Oscar nel quale interpreta una combattiva studentessa tedesca che insieme e al fratello e ad alcuni amici, nel 1943 in Baviera, provò disperatamente ad opporsi al nazismo.
Dopo questo ruolo seguono gli storici Il destino di un principe, incentrato sugli ultimi anni dell'impero austro-ungarico degli Asburgo, e Ho servito il re d'Inghilterra, ambientato nella Cecoslovacchia degli anni Sessanta. Dopo la commedia televisiva All'improvviso... Gina, è protagonista della coproduzione polacco-tedesca 33 Scenes From Life, nel quale è una talentuosa artista polacca figlia di un compositore.
Seguono nel 2009 la trasposizione cinematografica del romanzo Effi Briest di Theodor Fontane e quella del giallo Tannöd di Andrea Maria Schenkel. Tra i nuovi progetti la commedia musical Hier kommt Lola! e il dramma Hier unten - Hütte im Wald.
2005 Premio Orso d'argento per la migliore attrice per La rosa bianca - Sophie Scholl
2005 Premio Attrice Europea 2005 per La rosa bianca - Sophie Scholl
2005 Premio Miglior Attrice Europea - Jameson People's Choice per La rosa bianca - Sophie Scholl
2017 Recitazione
2012 Recitazione
2004 Recitazione
2005 Recitazione
Presidente della giuria internazionale di questa edizione è il regista olandese Paul Verhoeven.
Cinque premi per il film Niente da nascondere di Michael Haneke, trionfatore assoluto della serata. Premio alla carriera per Sir Sean Connery.