Уже во время войны Эндрюс постоянно выступала в мюзик-холлах Лондона, а с наступлением совершеннолетия перебралась в США на Бродвей, где её провозгласили «королевой мюзикла».
Фурор вызвало исполнение ею роли Элизы Дулитл в мюзикле Фредерика Лоу и Алана Дж. Лернера «Моя прекрасная леди» (по пьесе Джорджа Бернарда Шоу). Такие мюзиклы как «Камелот» и «Золушка» были написаны специально для молодой актрисы.
В 1964 году Эндрюс попробовала свои силы в кино. Хотя её коронная роль Элизы Дулитл была отдана продюсерами суперзвезде Одри Хепбёрн, Эндрюс подписала контракт со студией Уолта Диснея на съемки в киноверсии «Мэри Поппинс». Эта картина стала одним из самых коммерчески успешных проектов в истории студии и принесла актрисе «Оскар» за лучшую женскую роль.
На волне успеха она исполнила главную роль в музыкальном фильме «Звуки музыки», который стал классикой семейного кино. Этот фильм получил «Оскар» как лучший фильм года, а Эндрюс, вторично номинированная на эту премию, стала известна по всему миру.
В 1997 году в результате операции по удалению полипов Эндрюс потеряла свой голос, но её карьера как актрисы продолжилась. В 1999 году королева Великобритании присвоила ей титул Дамы.
Играя добродетельных гувернанток, Эндрюс оказалась «зажатой» в рамках определенного типажа, с которым ей пришлось бороться всю оставшуюся жизнь. В музыкальном театре играть ей в сущности больше было нечего, а в киноиндустрии её списали со счетов как звезду начала шестидесятых. Тем не менее, начиная с фильма «Американизация Эмили», актёрский диапазон Эндрюс постоянно расширялся.
Эндрюс попробовала себя в качестве театрального режиссёра, сыграла Клариссу Ренальди в детской комедии «Дневники принцессы» и озвучила королеву Лиллиан в мультфильме «Шрек 2». Джули Эндрюс — вдова известного режиссёра Блэйка Эдвардса, с которым состояла в браке с 1969 по 2010 год и в фильмах которого снималась.