В 2004 году окончила ВТИ им. Б.Щукина при Государственном академическом театре им. Евг. Вахтангова (курс Евгения Князева). В дипломном спектакле "Зойкина квартира" М.Булгакова сыграла роль Аллы Вадимовны. В 2003 году была приглашена на роль Ани в спектакль Эймунтаса Някрошюса "Вишневый сад" А.Чехова (совместный проект Фонда К.С.Станиславского и театра Meno Fortas). За эту роль в 2004 году актриса была удостоена премии "Московские дебюты" в номинации "лучшая женская роль в драматическом театре".
С 2004 года - актриса Александринского театра. Сыграла роли: Лаура и Луиза ("Маленькие трагедии" А.С.Пушкина, режиссер Григорий Козлов, 2004), Софья и Нина Заречная ("Ангажемент" по Ю.Князеву и А.Чехову, режиссер Александр Галибин, 2004), Клара Олсуфьевна ("Двойник" по Ф.М. Достоевскому, режиссер Валерий Фокин, 2005). В августе 2005 г. Юлия Марченко была удостоена премии Сбербанка по итогам сезона 2004/2005 года. В 2006 году сыграла роль Иокасты, супруги и матери царя Эдипа в трагедии Софокла "Эдип-царь" (режиссер Теодорос Терзопулос), роль Маши в спектакле "Живой труп" Л.Н.Толстого (режиссер В.Фокин, 2006). Сегодня Юлия Марченко является ведущей молодой актрисой Александринского театра. В репертуаре актрисы также роль Нины Заречной в спектакле Кристиана Люпы "Чайка" А.П.Чехова (2007), роль Агафьи Тихоновны в "Женитьбе" Н.В.Гоголя (режиссер Валерий Фокин, 2008), роль Елены Андреевны в "Дяде Ване" А.П.Чехова (режиссер Андрей Щербан, 2009), роли Лизы -подруги главного героя в спектакле "Изотов" М.Дурненкова (режиссер Андрей Моучий, 2009). За роль Лизы Юлия Марченко была выдвинута на соискание петербургской театральной премии "Прорыв" - 2010.
В новом спектакле Оскараса Коршуноваса "Укрощение строптивой" В.Шекспира (2010) играет несколько ролей: Билетершу, безуспешно пытающуюся выгнать пьяного Слая из зрительного зала, Ассистентку Лорда, записывающую каждое слово этого всевластного хозяина представления, и Богатую вдову, на которой в итоге женится неудачливый поклонник Бьянки Гортензио. В спектакле "Счастье" А.Могучего и К.Филиппова также играет две роли: Фрёкен Свет и ее сестру - Царицу Ночи (режиссер Андрей Могучий, 2011). В новом спектакле "Гедда Габлер" Г.Ибсена (режисср К.Гинкас, 2011) играет фру Теа Эльвстед - соперницу Гедды. За эту роль актриса номинирована на соискание Высшей театральной премии Санкт-Петербурга "ЗОЛОТОЙ СОФИТ" и Российской национальной театральной премии и фестиваля "ЗОЛОТАЯ МАСКА".
В 2011 году стала лауреатом молодёжной театральной премии "Прорыв" (Приз за лучшее исполнение главной женской роли - за роль Лизы в спектакле Андрея Могучего «Изотов»).