Elle réalise d’abord une dizaine de documentaires tournés pour Arte, France 3 et France 5 qui lui vaudront de nombreuses sélections en festival et plusieurs distinctions dont le Prix du Patrimoine pour La Fabrique des Juges (1998) au Cinéma du Réel.
Parmi ses œuvres les plus marquantes : Bienvenue au Grand Magasin (1999), une « comédie documentaire » consacrée au quotidien des Galeries Lafayette, des vendeuses jusqu’aux grands patrons, et son portrait drôle et exaltant de Otar Iosseliani, Le Merle Siffleur (2006), projeté notamment aux festivals de New York et de Locarno.
En 2003, elle réalise son premier long-métrage de fiction Depuis qu’Otar est parti... , récompensé notamment par le Grand Prix de la Semaine de la Critique au Festival de Cannes 2003, le César du Meilleur Premier Film, le Prix Marguerite Duras et le Prix Michel d’Ornano.
Tourné en Australie, en anglais, avec Charlotte Gainsbourg dans le rôle principal, L’Arbre , son deuxième long-métrage, est présenté en 2010 en Sélection officielle au Festival de Cannes pour la soirée de clôture.
Julie Bertuccelli est revenue au documentaire en 2013, tournant La Cour de Babel.
