Fille de l’actrice Charlotte de Turckheim, Julia Piaton a été formée aux cours de Thibault de Montalembert, avant de suivre ceux de John Strasberg à New York. Elle débute au cinéma dans la comédie Les aristos, que réalise sa mère en 2006. Mère et fille se retrouveront pour deux autres longs métrages. Julia Piaton intègre ensuite le casting des jeunes acteurs de Nos 18 ans (2008) de Frédéric Berthe.
Puis, elle interprète Odile Verneuil, épouse Bénichou, l’une des filles de Christian Clavier et Chantal Lauby dans Qu’est-ce qu’on a fait au Bon Dieu ? (2014) de Philippe de Chauveron, un triomphe du box-office qui connaîtra deux suites. Julia Piaton est également vue dans des petits rôles, reporter dans La vache (2016) de Mohamed Hamidi, ou juge dans Arrêtez-moi là (2016) de Gilles Banier.
Son nom sur l’affiche devient plus important avec un certain cinéma de boulevard incarné par Adopte un veuf (2016) de François Desagnat ou La monnaie de la pièce (2018) d’Anne Le Ny. Julia Piaton change de registre avec Les choses qu’on dit, les choses qu’on fait (2020) d’Emmanuel Mouret, pour lequel elle est nommée au César du meilleur espoir féminin.
La comédienne a également joué dans des séries télévisées (Profilage, Family Business) et au théâtre (Les trois sœurs de Tchekhov, en 2014). On la retrouve au cinéma à l’affiche de la comédie Le discours (2021) de Laurent Tirard, dans laquelle elle interprète la sœur horripilante de Benjamin Lavernhe.
