W 1940 roku uzyskała tytuł licencjata, a w 1941 – magistra.
Praca zawodowa Początkowo utrzymywała się jako asystent profesora Jerzego Neymana. W 1946 roku poznała wybitnego polskiego matematyka, Alfreda Tarskiego, o którym później napisała: Tarski was a very inspiring teacher. He had a way of setting results into a framework so that they all fit nicely together, and he was always full of problems – he just bubbled over with problems. W roku 1948 obroniła swoją rozprawę doktorską Definability and Decision Problems in Arithmetic, której promotorem był Alfred Tarski. Julia uważała Alfreda Tarskiego oraz Raphaela Robinsona za dwie najważniejsze osoby, które wpłynęły na jej postrzeganie matematyki. Obu uważała za wybitnych nauczycieli, zarówno w wypowiedziach publicznych, jak i podczas rozmów w cztery oczy. Szybko udało jej się rozwiązać pewien otwarty matematyczny problem postawiony przez Alfreda Tarskiego i Andrzeja Mostowskiego. Podczas jednej z konferencji naukowych w 1971 roku wygłosiła referat Rozwiązywanie równań diofantycznych, podczas którego postawiła hipotezę o negatywnym rozstrzygnięciu dziesiątego problemu Hilberta. Julia Robinson została profesorem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w roku 1975/76. Z powodu postępującej choroby, pracowała jedynie na ćwierć etatu.