Fils d'un compositeur de musiques de films, Jules Sitruk fait ses études à L'Ecole des Enfants du Spectacle. Il tourne dès son plus jeune âge dans plusieurs téléfilms et se fait remarquer dans la série P.J. et dans Sans famille auprès de Pierre Richard en 2000. La même année, il apparaît dans Le Pain, court métrage remarqué dans les festivals.

Il partage alors son temps entre le petit et le grand écran, en faisant quelques apparitions dans les séries Docteur Sylvestre et Sauveur Giordano. Ses deux premières grandes expériences au cinéma sont couronnées de succès : Monsieur Batignole en 2002, dans lequel il est un petit Juif protégé par Gérard Jugnot pendant l'Occupation, puis l'année suivante, dans un registre plus léger, Moi César, 10 ans 1/2, 1,39 m, comédie filmée à hauteur de marmot par Richard Berry.

Devenu l'enfant-star du cinéma français, Jules Sitruk est le fils rebelle de la tyrannique Folcoche dans Vipère au poing (2003), adaptation par Philippe de Broca du roman d'Hervé Bazin. En 2005, il devient l'un des narrateurs du documentaire oscarisé, La Marche de l'empereur. L'année suivante, il endosse le costume d'un jeune scout casse-cou dans Les Aiguilles rouges, d'après la jeunesse du réalisateur Jean-Francois Davy.

En 2008, une parenthèse londonienne le voit tourner pour la première fois en anglais dans la comédie Le Fils de Rambow pour une sortie direct-to-DVD. Il s'improvise ensuite maquisard pour Nos résistances (2011) et joue le copain juif du héros de Mon père est femme de ménage (id.). Jules enchaine avec Le Fils de l'autre, un drame familial sur fond de conflit israélo-palestinien, puis change radicalement de registre en portant la comédie trash Bob et les Sex-Pistaches (2013).