Fille du réalisateur Jean-Louis Bertuccelli, Julie Bertuccelli commence sa carrière comme assistante à la réalisation auprès de réalisateurs de renom tels que Otar Iosseliani, Rithy Panh, Emmanuel Finkiel, Krzysztof Kieslowski (Trois couleurs - Bleu) ou Bertrand Tavernier (L' Appât). Elle réalise par la suite plusieurs documentaires et passe à la réalisation de longs-métrages.

C'est chose faite depuis 2003 avec Depuis qu'Otar est parti où elle expose un portrait de trois générations de Géorgiens pour une sorte de photographie de la vie dans le Caucase d'aujourd'hui. Le film, qui a reçu entre autres le Grand Prix de la Semaine de la Critique à Cannes, a remporté le César du meilleur Premier Film en 2004.

La cinéaste revient quelques années plus tard en mettant en scène Charlotte Gainsbourg dans L'Arbre, une histoire de famille troublée par un arbre "incarné", qui lui offrira l'honneur de clore le Festival de Cannes et d'ouvrir celui de la Rochelle en 2010.