Juliette Lamboley est repérée par un agent à 8 ans et commence ses premiers pas sur le petit et le grand écran. S'ensuivent comédies populaires aussi bien que films d'auteurs, avec Daniel Auteuil, Vincent Cassel, Monica Bellucci, Sandrine Bonnaire, Adèle Haenel, François Damiens, François Civil, Macha Méril...

Elle obtient, à quinze ans, la Nymphe d'or de la meilleure actrice au Festival de télévion de Monte-Carlo pour Mademoiselle Gigi, réalisation de Caroline Huppert et adaptation de Gigi, une nouvelle de Colette. 

Elle joue la fille de Sandrine Bonnaire dans le téléfilm Le procès de Bobigny et par la suite, elle interprète une jeune juive qui découvre sa véritable identité après la guerre, dans Le Lien, aux côtés de Marthe Keller.  

C'est à 18 ans qu'elle tient son premier rôle principal au cinéma face à Daniel Auteuil dans la comédie 15 ans et demi, faisant partie des Révélations des César  de cette année-là ainsi que des 16 Young Hollywood actors choisis par le magazine Teen Vogue. 

En 2011, elle est choisie pour faire partie des Talents Cannes Adami. Elle joue pour la première fois en anglais face à Stellan Skarsgaard dans l’adaptation du prix Goncourt Rouge Brésil et participe au film La cité rose de Julien Abraham. 

Elle est aussi présente dans la série, événement du Festival de La Rochelle, Les bracelets rouges, et participe au premier épisode de la série audio de Canal + Calls.

En 2018, elle tourne de nouveau avec Sandrine Bonnaire dans le téléfilm sur les attentats du 13 novembre 2015, La Vie sauve, et intègre la nouvelle équipe de la pièce à succès Edmond d'Alexis Michalik, au Palais Royal.

En 2022, elle participe au film Annie Colère de Blandine Lenoir, avec Laure Calamy et Zita Hanrot, ainsi que dans la série produite et diffusée par Canal + Narvalo de Matthieu Longatte avec Sandor Funtek.