Она родилась в Пскове в семье иконописца и воспитательницы детского сада. Необычная фамилия Пересильд — в переводе «семейный мост» — досталась девочке от эстонских дедушки и бабушки, которые перед началом войны были депортированы из страны и обосновались в российском городе неподалёку от границы.
Когда Юле было всего одиннадцать лет, в доме случилась трагедия. Её отец, который в 90-е попытался заняться бизнесом, был убит за долги. Всё имущество забрали бандиты и Юля с мамой остались в пустой квартире. К счастью, вскоре в их жизни появился отчим, который взял на себя заботу о семье и смог заменить девочке родного отца.
Юля с детства была артистичной и любила выступать на сцене. В составе детского музыкального коллектива «Эквалайзер» юная певица даже побывала в столице и стала участницей знаменитого конкурса «Утренняя звезда». В старших классах Пересильд играла за школьную команду КВН, была задействована в самодеятельных спектаклях и уже точно знала, что хочет стать актрисой.
Получив аттестат, она отправилась в Москву за своей мечтой. Однако с первого раза покорить театральный вуз не удалось. Юля вернулась в родной Псков и, чтобы не терять время, поступила на филологический факультет местного педагогического института. А спустя год снова уехала на экзамены в столицу и буквально покорила приёмную комиссию ГИТИСа — педагоги советовали талантливой девушке поступать сразу на актёрский и режиссёрский факультеты. Она выбрала актёрство и уже на первом курсе стала выходить на театральную сцену.
Её дебют в кино состоялся ещё в студенческие годы — начинающая актриса сыграла Наташу Кублакову в телесериале «Участок». Вскоре её фильмографию пополнили ещё несколько проектов, а настоящим прорывом стала роль Софьи в драме режиссёра Алексея Учителя «Край». После этого карьера Юлии Пересильд стремительно набирала обороты: она сыграла сестёр-близняшек Катю и Асю в комедии «Пять невест» несправедливо обвинённую разведчицу Раису Сафонову в сериале «Палач», легендарного снайпера Людмилу Павличенко в военной драме «Битва за Севастополь», знаменитую актрису Людмилу Гурченко в одноимённой биографической ленте.
В 2021 году имя Юлии Пересильд вошло в историю. Актриса стала участницей космического полёта на МКС, где снимались эпизоды для будущего фильма под рабочим названием «Вызов». Вместе с режиссёром Климом Шипенко актриса проходила подготовку на протяжении полугода: прыгала с парашютом, тренировалась в условиях невесомости, вращалась в центрифуге. В космосе актриса провела 12 дней и благополучно вернулась на Землю вместе с членами съёмочной группы. Всего на МКС было отснято более 30 часов материала, которые в готовом фильме будут сокращены до 30 минут.
Если о творческих успехах актрисы говорит вся страна, то свою личную жизнь Юлия Пересильд предпочитает хранить в тайне. Ещё во времена учёбы в Псковском институте у актрисы начался роман с местным певцом и композитором Вячеславом Рахманом: они вместе создали музыкальный дуэт «Ночной перрон», с которым гастролировали по окрестным городам. Когда Юлия переехала в Москву, её личную жизнь окутала завеса тайны. Актрисе приписывали романы с коллегами Владимиром Машковым и Евгением Мироновым и даже с миллиардером Романом Абрамовичем, но сама Юлия все слухи развеивала.
Покорить сердце актрисы смог опытный наставник Алексей Учитель, в ленте которого «Край» Юлия сыграла свою прорывную роль. Режиссёр на тот момент был давно женат на продюсере Кире Саксаганской, в браке с которой воспитал сына. Свои отношения с актрисой, которая была младше на 33 года, Учитель не комментировал, хотя пара часто появлялась вместе на мероприятиях. С женой режиссёр официально так и не развёлся, хотя Юлия Пересильд подарила ему двух дочерей — Анну и Марию. Сама актриса не видела необходимости в штампе в паспорте, а девочек записала под своей фамилией. Как бы там ни было, в прошлом году Юлия рассказала о расставании с отцом своих детей — по словам актрисы, они остались в дружеских отношениях и поддерживают общение.