Julien Vialon fait sa première apparition au cinéma en tant que professionnel face à Marcello Mastroianni, dans « Trois vies et une seule mort ». Après être apparu dans plusieurs séries télévisées françaises, ainsi que des courts-métrages, il réinvestit l'argent dans ses premières réalisations; au jour d'aujourd'hui, il a réalisé six courts-métrages, écrit dix-sept courts-métrages, un long-métrage et deux séries télévisées. En 2004, le scénario de son troisième court-métrage, « L'épave », remporte le Grand Prix dans un festival à Paris, puis est ultérieurement diffusé au Festival du Film de Cannes, dans la section « Short Film Corner ». De retour sur scène, il interprète le role chanté d'Enjolras, le révolutionnaire, dans « Les Misérables », à Paris en 2006. Il rejoint par la suite « L'Actors' Studio », où il intègre la « Méthode » Stanislavski. 2008 le voit interpréter le rôle de Bartolomeo Vanzetti dans la pièce « Sacco & Vanzetti », à Paris. En 2010, Julien part s'installer à Londres et la pièce « Platform » marque ses débuts au Royaume-Uni, dans le théâtre dirigé par Kevin Spacey, « L'Old Vic ». Choisi par Ron Howard pour faire partie du casting prestigieux de « Rush », Julien donne la réplique à Daniel Brühl et Chris Hemsworth, dans cette recréation de la saison 1976 de Formule Un. Julien est ensuite engagé, pour la première fois en tant que rôle principal, dans « Catherine d'Alexandrie », réalisé par Michael Redwood: il donne la réplique à Peter O'Toole et Edward Fox. Retenu par Ridley Scott pour « Cartel », avec Michael Fassbender, Julien à pour partenaire Cameron Diaz. « Le mythe de Saleh Sharif », tourné en langue arabe, marque la troisième co-opération entre Julien et le réalisateur libanais Zahi Farah, après « Time » et « Rage ». Au printemps 2013, Julien rejoint l'équipe de « Skins », la série télévisée produite par la chaine anglaise Channel 4, pour sa septième et dernière saison. Suite à cela, Julien joue dans « Base », réalisé par Richard Parry et produit par Vertigo Films (Bronson). 2014 voit la sortie du film fantastique « Spring-Heeled Jack », réalisé par Steven Wheeler, où Julien interprète Thomas Herring, aventurier spatio-temporel. En 2015, Julien collabore avec le réalisateur italien Alessandro Zonin pour « Bons Baisers d'Italie » et également Stephen Frears, pour sa biographie sur Lance Armstrong, « The Program », avec Ben Foster, sorti en 2016. Cette même année voit Julien remonter sur les planches, cette fois-ci à Paris, dans l'adaptation de la nouvelle de Conan Doyle « La Vallée de la Peur », mise en scène par Nathalie Veneau, où il interprète le célèbre détective Sherlock Holmes.