Gorąca zwolenniczka francuskiej Partii Socjalistycznej. W wyborach prezydenckich w 2007 publicznie popierała kandydaturę Ségolène Royal. W wyborach prezydenckich w 2012 roku udzieliła swojego poparcia kandydaturze François Hollande’a zarówno w prawyborach, jak i właściwych wyborach.

Na początku 2013 na łamach prasy pojawiły się plotki o jej związku z prezydentem Francji François Hollande’em, co skłoniło ją do skierowania do sądu powództwa dotyczącego naruszenia jej prywatności. 10 stycznia 2014 tabloid „Closer” zamieścił siedem stron relacji i zdjęć na temat potajemnych spotkań prezydenta i aktorki w mieszkaniu wynajmowanym przez przyjaciół Julie Gayet w pobliżu Pałacu Elizejskiego. Zdaniem gazety związek trwał już od 2 lat. Doniesienia „Closer” zostały szeroko skomentowane przez tak światowe, jak i francuskie media. Po kilkunastu dniach François Hollande oficjalnie ogłosił rozstanie ze swoją dotychczasową konkubiną Valérie Trierweiler.

Zasiadała w jury sekcji „Un Certain Regard” na 62. MFF w Cannes (2009) oraz w jury sekcji „Cinéfondation” na 64. MFF w Cannes (2011).