Giulia Tonelli wurde in Saint-Julien bei Genf geboren und begann ihre Tanzausbildung an einer privaten Schule in Pisa. Danach studierte sie beim Balletto di Toscana und schloss ihre Ausbildung als klassische Tänzerin an der Ballettschule der Wiener Staatsoper ab, wo sie einen Einjahresvertrag als Aspirantin erhielt.
Ihr erstes Engagement führte sie zum Königlichen Ballett von Flandern, wo sie bis zur Solistin aufstieg. Sie tanzte Hauptrollen wie Giselle und ein breites klassisches Repertoire, darunter La Bayadère, Dornröschen und Schwanensee in Produktionen von Marcia Haydée. Daneben arbeitete sie mit bedeutenden Choreografen des neoklassischen und zeitgenössischen Tanzes wie Hans van Manen, Jiří Kylián und William Forsythe, deren Werk ihre künstlerische Entwicklung besonders geprägt hat.
2010 kam sie unter der Direktion von Heinz Spoerli zum Ballett Zürich, wo sie später Erste Solistin wurde. Dort tanzte sie zahlreiche Hauptrollen und arbeitete mit Spoerli sowie später mit Christian Spuck und Cathy Marston.
Ihr Weg zurück auf die Bühne nach der Geburt ihres Kindes ist Thema des Dokumentarfilms «Becoming Giulia» von Laura Kaehr. Der Film entstand zwischen 2019 und 2021 im Opernhaus Zürich, gewann 2022 den Publikumspreis am Zurich Film Festival und kam im März 2023 in die Schweizer Kinos.
Seit 2024 ist sie freischaffend. Sie tanzte unter anderem in Carmen von Felipe Portugal im Kloster Königsfelden und arbeitet weiterhin mit führenden Persönlichkeiten der neoklassischen Tanzszene. Im Juli 2026 tanzte sie an der Biennale Danza in Venedig mit WinnDance (When If Not Now), einem Ensemble ehemaliger Erster Solistinnen und Solisten grosser internationaler Compagnien. Im Programm «Scirocco» im Teatro Malibran war auch «The Bridge of Sighs» von John Neumeier zu sehen.
Neben der Bühne gibt sie regelmässig Masterclasses und Workshops in der Schweiz und in Italien und teilt ihre Erfahrung mit jungen Tänzerinnen und Tänzern. Derzeit absolviert sie einen Master in Tanzwissenschaft an der Universität Bern und vertieft ihre Arbeit als Pädagogin und Coach.