Julia Mary Walters nasce a Smethwick, vicino a Birmingham, figlia di Mary Bridget (il cui cognome da ragazza era però O'Brien), di origini irlandesi, impiegata in un ufficio postale, e Thomas Walters, muratore e decoratore. La Walters frequenta nel suo paese di nascita l'istituto femminile Holly Lodge Grammar School finché al sesto anno le viene chiesto di lasciare la scuola. Lavora fino a diciotto anni come infermiera al Queen Elizabeth Hospital di Birmingham, dove incontra e si innamora follemente di quello che diventa il suo primo fidanzato, che successivamente lascia per recarsi a Manchester a studiare sociologia.
La Walters decide dunque di rinunciare alla carriera di infermiera per diventare attrice e vivere a Manchester con il fidanzato: si iscrive perciò al corso di recitazione dell'attuale Manchester Metropolitan University con Pete Postlethwaite e dà inizio alla sua carriera di attrice. Il suo primo ruolo di successo avviene incontrando l'attrice Victoria Wood: le due lavorano insieme per la prima volta nel 1978, in una revisione teatrale di In At The Death, e successivamente nell'adattamento televisivo di Talent, una commedia scritta dalla stessa Wood.
Nel 1982 viene realizzata inoltre una serie televisiva scritta apposta per loro, Wood and Walters, sulla rete Granada Television, e le due continuano a lavorare spesso insieme nel corso degli anni. In particolare uno dei ruoli per cui la Walters diviene più celebre è quello di Mrs. Overall, nello spettacolo Acorn Antiques, una parodia delle soap opera scritta dalla stessa Wood. Di questa viene realizzato un musical e la Walters riceve una nomination all'Olivier Award per la sua interpretazione.
La Walters lavora in diversi teatri, sia nel cabaret che nelle commedie, prima del debutto su un palcoscenico londinese in Educating Rita, accanto a Michael Caine, con il quale girò anche il film tratto dalla commedia: Rita, Rita, Rita, per il quale vinse un BAFTA alla migliore attrice protagonista, un Golden Globe per la migliore attrice in un film commedia o musicale e fu candidata all'Oscar alla miglior attrice. Nel 1991 recita accanto a Liza Minnelli in Stepping Out, e in quello stesso anno viene realizzato il primo speciale televisivo che la vede protagonista, Julie Walters and Friends, scritto con il contributo di Victoria Wood e Alan Bennett.
La Walters riceve numerosi premi nel corso della sua carriera, inoltre nel 1999 viene nominata Ufficiale dell'Ordine dell'Impero Britannico e nel 2008 Commendatore dell'Ordine dell'Impero Britannico. Nel 2001 vince un Laurence Olivier Award per la sua interpretazione in All My Sons di Arthur Miller, oltre alla seconda nomination all'Oscar della sua carriera per il film Billy Elliot (per questo ruolo vince anche un BAFTA come miglior attrice non protagonista).
La consacrazione presso il grande pubblico avviene, oltre che con Billy Elliot, per il ruolo di Molly Weasley in tutti i film della serie Harry Potter, e per il ruolo di co-protagonista, accanto a Helen Mirren, nella commedia Calendar Girls. Nel 2006 arriva quarta nel sondaggio inglese sulle 50 maggiori Star, quattro posizioni sopra l'amica e collega Victoria Wood. Nello stesso anno recita nuovamente accanto al "figlio" Rupert Grint (che interpreta Ron Weasley nei film di Harry Potter) nel film In viaggio con Evie, e viene pubblicato il suo primo romanzo L'albero di Maggie.
Successivamente è protagonista di alcuni spot pubblicitari, come la campagna natalizia del 2007 promossa dall'ASDA, lo spot del videogioco Brain Training e una campagna contro il fumo. Nel 2008 esce il suo ultimo film, la versione cinematografica del musical Mamma Mia!, seconda performance musicale della sua carriera dopo Acorn Antiques. Nel 2009 riceverà una "Walk of Star" sulla Broad Street di Birmingham, riservata a coloro che hanno dato un significativo contributo nello sviluppo di una delle arti dello spettacolo (musica, cinema, letteratura, teatro, ecc).