Il suo vero nome è Julia Fiona Roberts, figlia terzogenita di un venditore di elettrodomestici e di una segretaria. Il suo sogno da bambina era quello di poter diventare una veterinaria. La sua infanzia non è stata facile: a soli quattro anni i suoi genitori si separano e dopo cinque anni deve affrontare un dramma ancor più difficile, la morte del padre.

Durante il liceo lavora come commessa o cameriera. Finita la scuola lascia la sua città d'origine e va a vivere a New York dalla sorella Lisa. Qui tenta di avere successo come attrice e per pagarsi gli studi di dizione e recitazione sfila nell'agenzia di moda Click. Il suo primo ruolo è nel film Blood Red, di Eric Masterson, accanto al fratello Eric Roberts. La pellicola è realizzata nel 1986 ma esce solo tre anni dopo. Nel 1988 è la co-protagonista nel film Mystic Pizza di Donald Petriein cui interpreta una cameriera portoricana di una piccola cittadina di provincia che si innamora di un giovane rampollo della città. Accanto a lei recitano Lili Taylor e Annabeth Gish.

Il 1989 è l'anno della sua prima candidatura agli Oscar come miglior attrice non protagonista. Interpreta, nel film di Herbert Ross Fiori d'acciaio(Steel Magnolias), una giovane sposa affetta da diabete che muore dopo aver partorito. Con lei recitano alcune star hollywoodiane come Sally Field, Shirley MacLaine e Dolly Parton. All'inizio del 1990 si fidanza con il suo collega Kiefer Sutherland.

Il trionfo cinematografico arriva alla fine dello stesso anno: nel 1990 accetta di recitare nella romantica storia d'amore Pretty Woman diretta da Garry Marshall, insieme a Richard Gere. Dopo questo film le si aprono le porte di Hollywood e il suo nome comincia ad acquistare popolarità. Recita accanto al fidanzato nel thriller Linea Mortale diretto da Joel Schumacher e di seguito interpreta A letto con il nemico di Joseph Ruben.

Il 1991 è un anno "no" per la Roberts. Interpreta Scelta d'Amore ancora diretta da Joel Schumacher e Hook, di Steven Spielberg, ma questi film non avranno successo. E le cose per lei non andranno bene nemmeno in amore: rompe il fidanzamento con Kiefer Sutherland poco prima del matrimonio. Nel '93 comincia bene con il film di Alan J. Pakula Il rapporto Pelican (The Pelican Brief), ma l'anno seguente interpreta un'altra pellicola sfortunata: Inviati molto speciali di Charles Shyer. Stessa cosa accade con il film di Robert Altman Pret-a-Porter. Nella vita privata arrivano cambiamenti importanti: si sposa con il cantante di musica country e attore Lyle Lovett; dopo solo due anni, però, si separano.

Prima del trionfo attuale passano altri tre anni, in cui continua a recitare in film che non lasciano certo il segno: Qualcosa di cui sparlare diretta da Lasse Hallstrorm nel 1995, Mary Reilly di Stephen Frears e Michael Collins nel 1996 diretta da Neil Jordan e Tutti dicono I love you girato nello stesso anno da Woody Allen.

Il suo "ritorno" sulla scena come attrice di fama mondiale avviene nel 1997 con il divertente film di P. J. Hogan Il matrimonio del mio miglior amico (My best friend's wedding) nel quale recita accanto a Rupert Everett. Questo film le permette di giungere alla nomination come miglior attrice ai Golden Globe. Dopo un intervallo nel quale interpreta film di genere drammatico quali Ipotesi di complotto diretta da Richard Donner nel 1997 con Mel Gibson e Nemiche amiche diretta da Chris Columbus accanto a Susan Sarandon (1998), arriva il vero trionfo. Tra il 1999 e il 2000 è la protagonista di ben due film straordinari: Notting Hill di Roger Michel, Se scappi ti sposo (Runaway Bride) ancora dello stesso regista di Pretty Woman Garry Marshall e con protagonista maschile sempre Richard Gere.

Ultimo film da menzionare è Erin Brockovich. Con questa pellicola diretta da Steven Soderbergh, vince l'Oscar come migliore attrice protagonista nel 2001. Il compenso che percepisce è 20 milioni di dollari.

All'inizio del 2002 esce il suo nuovo film Ocean's eleven, diretta ancora da Steven Soderbergh. Interpreta il ruolo della moglie del protagonista Danny Ocean, parte affidata a George Clooney. Secondo indiscrezioni, per la parte avrebbe ricevuto 54 miliardi di lire, molto più dei colleghi maschi.

Christy Grosz direttrice della prestigiosa rivista di spettacolo americana Hollywood Reporter dice di lei: "E' l'unica attrice di Hollywood che ha la capacità di mandare in porto qualsiasi progetto le interessi".