Passionnée de cinéma depuis son plus jeune âge, Julie Delarme fait ses débuts au cinéma avec C'est la tangente que je préfère de Charlotte Silvera, tout en poursuivant en parallèle des études d'histoire de l'art et d'archéologie. Elle obtient le prix du meilleur espoir européen du film de Genève. Le 17 septembre 2018 elle se marie avec l'artiste Lionel Sabatté.

Elle poursuit sa carrière au cinéma dans Le Poulpe, polar de Guillaume Nicloux et au théâtre. Elle joue Tchekov (La Cerisaie), Marivaux (L'Heureux Stratagème) ou Strindberg (Mademoiselle Julie). Elle obtient pour ses diverses prestations théâtrales, le prix de la fondation Charles Oulmont, le Prix Jean-Jacques Gautier et une nomination aux Molières, pour son rôle de Mara, dans Les femmes avec leur amour. Elle poursuit avec Gildas Bourdet dans Sejour pour 8 à Tadeci au Théâtre national de Chaillot, Quand vient la nuit de Hanif Kureishi, Fausses Apparences de Neil LaBute. Sur grand écran, elle travaille avec des auteurs comme Ildikó Enyedi et s'essaye à la comédie chez Jean-Pierre Sinapi (Camping à la ferme) et Sam Karmann (La Vérité ou presque).

Julie Delarme mène également une carrière à la télévision où elle joue Madame Sans-Gêne pour Philippe de Broca (2002), Mademoiselle Else ou encore la belle-fille de Michel Serrault dans L'Affaire Dominici. En 2004, elle tient le rôle principal de l'adaptation du célèbre roman de Vercors, Le Silence de la mer de Pierre Boutron, et obtient une autre récompense : le prix d'interprétation féminine au Festival de la fiction TV de Saint-Tropez. Elle est au théâtre à la rentrée 2012 dans Tom à la ferme de Michel-Marc Bouchard, (mise en scène de Ladislas Chollat) et débute la série Caïn pour France 2, depuis 2015 qui a remporté le prix de la meilleure série française au Festival du film de télévision de Luchon 2012.

Elle est en 2013 à l'affiche de Le Mal court de Jacques Audiberti dans une mise en scène de Stéphanie Tesson au théâtre de Poche Montparnasse. En novembre 2019, elle est membre du jury du Festival du cinéma russe à Honfleur.

Julie Delarme est également artiste peintre et sculptrice. Elle a notamment illustré un ouvrage du philosophe et poète Christophe Schaeffer, Aimer à quatre temps.