Родилась 7 апреля 1989 г. в г. Ухта (Коми АССР, ныне - Республика Коми) в семье Олега и Маргариты Самойловых. В раннем детстве после неудачно сделанной прививки от полиомиелита получила первую группу инвалидности; передвигается на инвалидной коляске.
Окончила пять классов средней школы, затем была переведена на домашнее обучение. Училась в Ухтинском филиале Современной гуманитарной академии по специальности "психолог", однако обучение на завершила.
В десять лет впервые выступила на проходившем в Ухте благотворительном концерте с песней Игоря Николаева "Маленькая страна", после чего была приглашена заниматься музыкой в местный Дворец пионеров. Училась у педагога по вокалу Светланы Широковой. Была участником региональных музыкальных конкурсов.
В 2002 г. Юлия Самойлова заняла первое место в региональном конкурсе "Серебряное копытце - 2002" (номинация - до 13 лет) в г. Инта, Республика Коми.
В 2003 г. стала лауреатом Всероссийского фестиваля "На крыльях мечты" (Москва). В том же году заняла второе место на конкурсе "Серебряное копытце - 2003" (номинация - от 14 до 18 лет).
В 2005 г. завоевала первое место и приз зрительских симпатий в открытом межрегиональном конкурсе "Весенняя капель" в Муроме (Владимирская область), второе место во Всероссийском конкурсе "Шлягер - 2005" в Екатеринбурге. Спустя год стала лауреатом Международного конкурса "Фестиваль роза ветров" в Хургаде (Египет).
Непродолжительное время Юлия Самойлова работала певицей в одном из ресторанов Ухты. В 2008 г. основала рок-группу "TeeraNova", с которой сотрудничала до 2010 г. После распада группы переехала в Санкт-Петербург, где подала документы в Санкт-Петербургский государственный университет на специальность "специалист по рекламе и связям с общественностью", однако в вуз не поступила. Вернувшись в Ухту, открыла рекламное агентство.
В 2012-2013 гг. принимала участие в конкурсе "Новая Ухта", по итогам которого завоевала Гран-при.
Юлия Самойлова получила общероссийскую известность в 2013 г. после участия в третьем сезоне проекта "Фактор А" на канале "Россия-1". Она заняла второе место в конкурсе и была отмечена премией Аллы Пугачевой "Золотая звезда Аллы".
В марте 2014 г. на торжественной церемонии открытия XI зимних Паралимпийских игр в Сочи (Краснодарский край) исполнила песню "Вместе".
В 2016 г. вошла в число 27 исполнителей, участвовавших в записи песни Игоря Матвиенко "Жить", посвященной катастрофе лайнера A321 над Синайским полуостровом. Записала несколько музыкальных композиций, в том числе "Лайт" на собственные слова и музыку, а также "Новый день" на слова Константина Арсенева и музыку Александра Яковлева.
12 марта 2017 г. была выбрана "Первым каналом" для участия в конкурсе "Евровидение-2017" в Киеве (Украина) с песней Flame Is Burning (англ. "Пламя горит").
22 марта 2017 г. пресс-секретарь Службы безопасности Украины Елена Гитлянская сообщила, что ведомство запретило Юлии Самойловой въезд на территорию страны сроком на три года. В качестве причины указывалось ее выступление летом 2015 г. на концерте в Крыму.
9 мая 2017 г. певица выступила в Севастополе в праздничном концерте, посвященном Дню Победы.
10 мая 2017 г. в Сочи исполнила гимн России перед гала-матчем Ночной хоккейной лиги с участием президента РФ Владимира Путина.
4 декабря 2017 г. в штаб-квартире ЮНЕСКО в Париже (Франция) приняла участие в концерте, посвященном Международному дню людей с ограниченными возможностями.
10 мая 2018 г. выступила в полуфинале "Евровидения" в Лиссабоне (Португалия) с песней I Won’t Break (англ. "Я не сломаюсь"). По итогам голосования зрителей и жюри не смогла выйти в финал конкурса.
Обладательница "V национальной премии имени Елены Мухиной" в номинации "Несломленная нота" (2013; премия учреждена Паралимпийским комитетом России).
В апреле 2018 г. выпустила автобиографию "Обычная необычная история".
Замужем. Супруг - Алексей Таран, музыкант, администратор певицы.