Julia Louis-Dreyfus est née le 13 janvier 1961 à New York, dans une famille dont les origines mêlent les deux côtés de l'Atlantique. Sa mère, Judith, née LeFever, est une écrivaine et tutrice américaine, tandis que son père, Gérard Louis-Dreyfus, appartient à la branche américaine de la célèbre famille d'entrepreneurs franco-russes. Julia est l'arrière-arrière-petite-fille de Léopold Louis-Dreyfus, qui a fondé en 1851 le groupe éponyme, un conglomérat français spécialisé dans les matières premières et la navigation maritime, dont les membres de la famille gardent encore le contrôle. Son grand-père paternel, Pierre Louis-Dreyfus, en était le président. Un an après sa naissance, en 1962, ses parents divorcent.
Sa mère se remarie avec Loren Thompson Bowles, doyen de la George Washington University Medical School, et Julia grandit ainsi dans plusieurs États et pays au fil des déplacements liés au travail de son beau-père avec le projet Hope, organisation humanitaire médicale qui l'emmène notamment en Colombie et en Tunisie. Cette enfance cosmopolite et mobile forge une personnalité ouverte sur le monde, capable de s'adapter à des environnements variés. Elle sort diplômée en 1979 de la Holton-Arms School de Bethesda, dans le Maryland, avant de poursuivre ses études à l'université Northwestern d'Evanston, dans l'Illinois, où elle rejoint la sororité Delta Gamma et participe au Waa-Mu Show, une revue d'improvisation et de comédie étudiante qui se révèle être un terrain d'entraînement idéal.
Sa carrière prend véritablement son envol lorsqu'elle décroche, avant la fin de son cursus universitaire, une place dans la distribution du Saturday Night Live, l'émission humoristique de référence de la télévision américaine. Elle y reste de 1982 à 1985, participant à l'une des périodes les plus riches de l'histoire de l'émission. Cette expérience lui enseigne la discipline du sketch, le sens du timing comique et la capacité à habiter des personnages très différents dans des temps extrêmement courts.
Les quelques années qui suivent sont ponctuées d'apparitions au cinéma, notamment dans deux films de Woody Allen : Hannah et ses sœurs en 1986 et Le Sapin a les boules en 1989. Elle obtient également un rôle régulier dans la sitcom Day by Day, mais la série ne dépasse pas la saison 1988-1989 sans laisser de traces durables dans le paysage télévisuel américain.
C'est en 1989 que commence véritablement la partie centrale de sa légende artistique. Elle est choisie pour interpréter le seul rôle féminin de la nouvelle sitcom Seinfeld, diffusée sur NBC. Dans ce feuilleton construit autour de la vie new-yorkaise de quatre amis adultes, créé par Jerry Seinfeld et Larry David, Julia Louis-Dreyfus incarne Elaine Benes, une femme délurée, névrosée et comique dont les répliques et les situations absurdes deviennent rapidement cultes. Elle tient ce rôle pendant neuf saisons, soit cent soixante-douze épisodes, de 1989 à 1998. Sa performance lui vaut le Golden Globe de la meilleure actrice comique dans un rôle secondaire en 1994, puis une victoire aux Emmy Awards en 1996, récompense dont la nomination se renouvelle chaque année à partir de la troisième saison.
Après l'arrêt de Seinfeld en 1998, elle prête sa voix au second film d'animation des studios Pixar, 1001 Pattes, et retrouve Woody Allen pour une apparition dans Harry dans tous ses états. Elle développe avec son mari une nouvelle sitcom, Ellie dans tous ses états, annulée au bout de deux saisons en 2003, puis enchaîne des apparitions dans Arrested Development avant de retrouver la lumière avec Old Christine de 2006 à 2010, une série qui lui vaut un nouvel Emmy Award.
La consécration ultime de sa carrière arrive avec Veep, diffusée de 2012 à 2019, dans laquelle elle joue Selina Meyer, vice-présidente puis présidente des États-Unis dans une satire acérée du pouvoir politique américain. Cette série lui vaut plusieurs Emmy Awards supplémentaires et confirme ce que le public et l'industrie savaient depuis longtemps : Julia Louis-Dreyfus est l'une des comédiennes les plus complètes et les plus talentueuses de sa génération.
Au total, elle cumule onze Emmy Awards, dont huit pour ses performances d'actrice en comédie et trois pour la production, ainsi qu'un Golden Globe, neuf Screen Actors Guild Awards, cinq American Comedy Awards et deux Critics Choice Television Awards, avec vingt-quatre nominations aux Emmy sur l'ensemble de sa carrière. Elle reçoit une étoile sur le Hollywood Walk of Fame en 2010, est intronisée au Television Academy Hall of Fame en 2014, et figure en 2016 dans la liste des cent personnes les plus influentes au monde selon le magazine Time. En 2018, elle reçoit le prix Mark-Twain pour l'humour américain, présenté par le Kennedy Center comme la plus haute distinction comique du pays. En 2007, l'université Northwestern lui décerne un doctorat honorifique en arts, bouclant ainsi un lien symbolique avec l'établissement où sa vocation s'était affirmée des décennies plus tôt.
