Geboren in Wien, wurde Julia Stemberger im Alter von 19 Jahren mit ihrem Kinodebüt Herzklopfen (1984) bekannt. Bald danach folgten Theaterengagements, darunter Der Bauer als Millionär bei den Salzburger Festspielen (Regie: Jürgen Flimm), Der Schwierige (Regie: Jürgen Flimm), 1988 das Burgtheaterdebüt in Der Kaufmann von Venedig (Regie: Peter Zadek), 1998/90 ebendort Desdemona in George Taboris Regie, Antonius und Cleopatra bei den Salzburger Festspielen (Regie: Peter Stein), Eliza in My fair Lady an der Wiener Volksoper sowie Engagements an zahlreichen weiteren Bühnen in München und Wien sowie am Thalia Theater im Hamburg. Julia Stemberger ist auch regelmäßig in TV- und Kinoproduktionen zu sehen, darunter etwa Der König von St. Pauli 1998, Eine Liebe in Afrika 2002, Meine schöne Tochter 2004. 1999-2005 hatte sie mit dem Musiker Christian Altenburger die künstlerische Leitung der Mondseetage inne. Sie erhielt zahlreiche Auszeichnungen, u.a. den Französischen Darstellerpreis, Die Romy sowie den Goldenen Löwen. 2008 war sie in der Familienproduktion Mikado in Wien zu sehen, im Sommer 2008 folgten Wahlverwandschaften in Reichenau unter der Regie von Hermann Beil. Ebenso im Sommer 2008 war die 13-teilige ARD-Serie Die Stein zu sehen, in der Julia Stemberger die Hauptrolle der engagierten Lehrerin Stein spielt.
2009/2010 Engagement am Renaissancetheater Berlin (Frohe Feste und Schöne Bescherungen), zahlreiche Lesungen und Konzerte mit den Österreichischen Salonisten. 2010 lief Schatten der Erinnerung in ARD, es folgte die zweite Staffel von Die Stein.
2011 war sie die Marschallin im Rosenkavalier, 2012 spielte sie Anna Karenina, beides unter der Regie von Hermann Beil bei den Festspielen Reichenau. Im Dezember 2012 folgte Jeanne D´ Arc von Arthur Honegger im Gärtnerplatz Theater München, im Jänner 2013 Dreharbeiten für das ZDF in Australien und den Arabischen Emiraten, und im Juli 2013 Arthur Schnitzlers Einsamer Weg bei den Festspielen Reichenau. 2014 war sie im Berliner Schlossparktheater als Queen in The Kings Speech zu sehen, und ab April 2014 in Die Schüsse von Sarajevo unter der Regie von Herbert Föttinger an der Josefstadt in Wien.
Im Juli 2014 spielte sie die Genia in Das Weite Land bei den Festspielen in Reichenau.Es folgte Ella Rentsheim in Ibsens John Gabriel Borkman unter der Regie von Alfred Kirchner bei den Festspielen Reichenau im Juli 2015. Ab März 2016 war sie in der Erfolgsserie Vorstadtweiber als Sylvia zu sehen, Im Sommer 2016 spielte sie die Mary K. in Doderers Dämonen bei den Festspielen Reichenau unter der Regie von Hermann Beil.
Im Herbst 2016 drehte sie für die ARD Serie Bozen Krimi als Charlotte Keller, im November 2016 folgte die Premiere der neuen Familienproduktion Kaiser Joseph und die Bahnwärterstochter im Musikverein in Wien. Ebenso im November 2016 Auftritte mit Verbotene Früchte im Brucknerhaus in Linz, sowie mit den Österreichischen Salonisten in Österreich, und dem Gitarristen Helmut Jasbar in Deutschland.
Im Februar 2017 war die Premiere von Female im Kunsthistorischen Museum, im Frühjahr 2017 dreht sie mit dem Regisseur Robert Dornhelm den historischen Zweiteiler Maria Theresia, ab Juli 2017 spielt sie wieder bei den Festspielen Reichenau Im Spiel der Sommerlüfte von Arthur Schnitzler unter der Regie von Beverly Blankenship. Ebenfalls 2017 folgte Terror an den Kammerspielen Wien.
2018 M-eine Stadt sucht eine Mörder unter der Regie von Herbert Schalko, Cella unter der Regie von Michael Gampe und Das falsche Gewicht - Regie Renate Loidolt - bei den Festspielen Reichenau. An der Josefstadt Wien unter Joseph Köpplinger die Zufriedenheit in Raimunds Bauer als Millionär. 2019 spielte sie unter der Regie von Beverly Blankenship Ein Sommer auf dem Lande von Arthur Schnitzler, im Herbst Dreharbeiten für Schnell ermittelt, Regie Gerald Liegel.
In 2020 ein Abend mit Franzobel und ab Herbst Dreharbeiten für Ein Sommer in Südtirol mit Harald Krassnitzer, Regie Karola Marder. 2021 folgte der Kinofilm Schächten unter der Regie von Thomas Roth und ab April Sisi, ein Sechsteiler unter der Regie von Sven Bohse. Kaddish von Leonhard Bernstein im Konzerthaus Wien (Dirigat Marin Alsop).
Ferdinand von Schirach- Lesung mit Musik im Mai 2022 im Musikverein Wien, 100 Jahre Kreisler & Bronner im November im Konzerthaus in Wien, Sisi Staffel 2 wurde 2022 in Lettland und Litauen fortgesetzt, 2023 wird die 3. Staffel produziert. Zahlreiche Lesungen, vorwiegend mit Musik, bei Festivals in Deutschland und Österreich mit Literatur von Jules Verne, Allende, Schnitzler, Solschenizyn, Herzmanovsky-Orlando, uvm. führen zu regelmässigen Auftritten.
