Nacida en Long Beach, California, la cantante creció en Tijuana, Baja California. Inició su preparación musical estudiando piano clásico desde los ocho años de edad. Sus padres son mexicanos, fotógrafos, tuvieron 5 hijos de los cuales solo Julieta se dedicó a la música. Estudió piano, teoría de la música, canto y violoncelo. Se inició en la composición siendo una adolescente. En 1992, musicalizó la obra de teatro Sirenas de corazón, de Edward Coward.
En la preparatoria, un amigo la invitó a tocar con el grupo Chantaje, el cual duró dos años; sin embargo, siguió tocando de manera simultánea con Luis Güereña y Alex Zúñiga. Desde adolescente, comenzó a componer sus propias canciones con un estilo muy personal y aunque no se escuchen influencias muy marcadas en su música, a Julieta le gustaba escuchar a Suzanne Vega, David Bowie, Prince y Charly García.
A punto de cumplir 22 años, se mudó a la Ciudad de México en busca de nuevas oportunidades que le dieran mayor proyección. Ahí conoce a músicos como Jorge Fratta, Café Tacvba y otros más, quienes le ayudaron a mostrar su propuesta. En 1995 es invitada a hacer música para teatro. En ese mismo tiempo formó una banda llamada Lula.
Tiempo después forma el grupo La Milagrosa con Jorge Fratta y Rafael González. En 1996 firmaría con BMG, iniciando así la grabación de su primer disco como solista, bajo el nombre de Aquí, editado en 1997. Este material fue producido por Gustavo Santaolalla y Aníbal Kerpel. Colaboraron grandes músicos como Joselo y Quique Rangel (Café Tacvba), Rafael González (Botellita de Jerez), y Patricio Iglesias (Santa Sabina). Con este álbum debut recibe el premio Nuestro Rock. Este mismo año participa tocando en el disco Tracción acústica de los Enanitos Verdes.
Posteriormente participaría en la gira Calaveras y Diablitos con Los Fabulosos Cadillacs y Aterciopelados. Paralelamente, participó con Enrique Bunbury tocando el acordeón. Este mismo año, Julieta comienza a trabajar en el cine, musicalizando películas. Paralelamente, la artista preparaba la grabación de su segundo disco, Bueninvento, que salió al mercado en el año 2000. Fue realizado en la ciudad de Los Ángeles y producido por Gustavo Santaolalla. Todas las letras y la música son de Julieta Venegas, quien tuvo como invitados a reconocidos músicos como Toño Hernández (Control Machete) y Quique y Meme (Café Tacvba). En el 2001 colabora en el disco tributo a Soda Stereo. En el álbum recopilatorio Sounds eclectic too aparece su canción “Casa abandonada” (participaron también artistas como REM y Dido).
En el disco Entre todas las mujeres, tributo a Joaquín Sabina, interpreta “Corre dijo la tortuga”. Sí es el nombre de la tercera producción, lanzada en 2003. Con muchas críticas por el cambio del sonido en su música, por ser más suave, melódico y sin tanta profundidad, logra romper récord de ventas en las primeras semanas en que sale al mercado, algo totalmente nuevo para ella. Producido por Coti y “Cachorro” López, mezcla sonidos melódicos con ritmos country, funk, disco y una pizca de reggae. Las letras no son tan complejas como en sus producciones anteriores.
En 2006 sale a la venta Limón y sal, el cual contiene hits como “Me voy”, “Limón y sal” y “Eres para mí”, donde colabora Mala Rodríguez. En 2007 y 10 años después del lanzamiento de su disco debut, Venegas edita su primer grandes éxitos, titulado Realmente lo mejor.
El 6 de marzo de 2008 graba el disco Unplugged, que la popularizó en países no hispanoparlantes como Australia, India, Sudáfrica, Brasil, Japón y Reino Unido. Con esta producción vendió más de 400 mil copias en descargas digitales y obtuvo un Disco de Diamante en México por 100 mil copias vendidas.
En 2010 Julieta presenta Otra cosa, compuesto por 12 tracks. El 19 de marzo de 2013 llega a las tiendas Los momentos, que consta de 11 canciones nuevas y donde colaboraron Natalia Lafourcade, la chilena Anita Tijoux y Rubén Albarrán (Café Tacvba). El primer corte de difusión es “Te vi”. El viernes 7 de junio presentó el disco oficialmente en Argentina en un teatro Gran Rex completo, y recibió en el escenario a invitados de la talla de Illya Kuryaki and The Valderramas, quienes cantaron “Eres para í”, y Los Auténticos Decadentes, quienes interpretaron “No me importa el dinero” y “Andar conmigo”.
El 5 de mayo de 2015, estrena el sencillo “Ese camino”, que estará incluido en el álbum Algo Sucede. Fue grabado entre México y Argentina y contiene 12 canciones. Este año, Julieta Venegas se integra, en paralelo con su carrera solista, al grupo Meteoros.
En 2025 regresa con nuevas canciones y videos musicales. Por otro lado, también ha incursionado en el mundo de la actuación y participó en la obra de teatro La enamorada, del escritor argentino Santiago Loza, del cual también hizo un álbum homónimo.
