Юлия Зимина родилась 4 июля 1981 года в городе Красный Кут Саратовской области в семье ветеринарного врача и школьной учительницы. Некоторое время семья жила в поселке Краснокутского зооветтехникума в пяти километрах от Красного Кута. Сестра Елена — руководитель народного хора.

Со второго класса Юлия училась в музыкальной школе, которую закончила на отлично. Ещё в детстве твёрдо решила стать актрисой. В 1999 году поступила на актёрский факультет Саратовской консерватории (курс Риммы Беляковой). Учёбу закончила в 2003 году, сыграв несколько ролей в дипломных спектаклях.

Работает в «Классном театре» в Москве.

В 2004 году среди 200 претенденток режиссёр Рауф Кубаев выбрал Юлю для съёмок в роли Кармелиты в телесериале «Кармелита». Ещё раз пройдя кинопробы, Юля была утверждена на эту роль.

В 2006 году в составе российской команды приняла участие в телеигре «Форт Байяр».

В том же году исполнил роль Дианы в сериале «Студенты International».

Затем Юлия появилась в сериалах «Я сыщик» (2007), «Монтекристо» (2008), «Ясновидящая» (2009) и вновь исполнила роль Кармелиты в сериале «Кармелита: Цыганская страсть» (2009-2010).

С 4 августа 2010 года ведущая передачи «Доброе утро» на Первом канале. Также в 2010 году актриса появилась в фильмах «Девушки в черном» и «Что скрывает любовь».

В том же 2010 году принимала участие в телешоу «Танцы со звёздами» в паре с танцором Николаем Пантюхиным.

В 2011 году снялась в клипе Dj Boyko & Katy Queen «Я люблю тебя» и исполнила роль Марины Котовой в сериале «Наследница».

В 2013 году Юлия появилась в сериале «Братья по обмену», а в 2014 году в кинофильме «Фейк: Береги себя».

В том же 2013 году Зимина в паре с фигуристом Петром Чернышёвым принимала участие в телевизионном проекте «Ледниковый период-4».

Весной 2015 года с ее участием начался показ сериала «Между двух огней».

В 2004-2005 годах Юлия Зимина встречалась с актером Владимиром Череповским.

В 2010 году актриса начала встречаться с актером Максимом Щеголевым, однако эти отношения продлились всего три года и в 2013 году пара рассталась.