Après des études de journalisme, Julia Roberts joue dans des spots publicitaires et un téléfilm. Grâce à son frère, l'acteur Eric Roberts, elle débute ensuite au cinéma dans des petites productions comme Mystic pizza (Donald Petrie, 1988).

Elle perce grâce à Potins de femmes (Herbert Ross, 1989) et surtout Pretty woman (Garry Marshall, 1990), qui lui valent deux Golden Globes et deux nominations aux Oscars. Ses rôles suivants (dans L'Expérience interdite de Joel Schumacher et Les Nuits avec mon ennemi de Joseph Ruben) remportent moins les faveurs du public, sans pour autant défaire sa popularité. Grâce à sa collaboration avec Robert Altman (The Player, 1992 ; Prêt-à-porter, 1994), et L'Affaire Pélican d'Alan J. Pakula (1993), elle revient sur le devant de la scène cinématographique.

Dès lors, elle enchaîne les tournages, renouant avec le registre de la comédie sentimentale (Le Mariage de mon meilleur ami, 1997 ; Coup de foudre à Notting Hill, 1999 ; Just married où elle retrouve Richard Gere, son partenaire de Pretty woman, id. ; Couple de stars, 2001), sans exclure des rôles plus délicats dans des films d'époque (Mary Reilly de Stephen Frears, 1996 ; Michael Collins de Neil Jordan, id.). En 2000, Erin Brockovich de Steven Soderbergh consacre l'actrice comme la plus populaire d'Hollywood et marque sa pleine reconnaissance critique (Oscar de la Meilleure actrice).

Trois ans plus tard, le cinéaste lui confie le premier rôle féminin d'Ocean's eleven (suivi d'Ocean's 12 en 2004) et de l'expérimental Full frontal (2002), où elle donne à nouveau la réplique à Brad Pitt, son partenaire du Mexicain (2001). Au faîte de sa carrière, Julia Roberts incarne par la suite une enseignante à l'esprit très ouvert dans Le Sourire de Mona Lisa (2003), une comédie dramatique de Mike Newell dont l'action se déroule en 1953 à l'université de Wellesley.