Julie Delpy sinh ra ở Paris, là con duy nhất của Albert Delpy và Marie Pillet. Cả hai người đều hoạt động ở lĩnh vực diễn xuất và sân khấu. Ngay từ khi còn nhỏ, Julie đã được bố mẹ cho tiếp xúc với nghệ thuật. Về sau cô đã chia sẻ với báo giới:

Họ là bậc sinh thành tuyệt vời nhất mà tôi có thể tưởng tượng tới. Hai người đã nuôi dưỡng tôi bằng tình yêu nghệ thuật, đưa tôi đến các viện bảo tàng và cho tôi chiêm ngưỡng tất cả những thứ mà hầu hết mọi đứa trẻ ở độ tuổi đó chưa từng trông thấy. Tôi đã xem phim của Ingmar Bergman khi vừa lên 9, khiến tôi phát cuồng vì quá thích. Rồi cha mẹ lại đưa tôi đến xem những tác phẩm của Francis Bacon, và bức tranh mà tôi yêu thích nhất: vừa tăm tối cực kỳ, lại vừa khiến tôi mê mẩn.