Figlia del violinista e professore di musica Gaetano Masina e della maestra Angela Flavia Pasqualini, visse dall'età di quattro anni in poi a Roma. Frequentò il ginnasio e il liceo, poi incoraggiata dalla zia, cominciò a coltivare la passione per la recitazione. Sin dalla stagione 1941-1942 partecipò a numerosi spettacoli di prosa, danza e musica nell'ambito del Teatro Universitario. In quella seguente (la 1942-1943) entrò nella Compagnia del Teatro Comico Musicale dove si esibì come ballerina, cantante e attrice in diverse operette e commedie brillanti. Nel 1942 Giulietta incontra negli studi dell'EIAR Federico Fellini.  Fellini, invece di rispondere alla chiamata alla leva, convola a nozze con Giulietta il 30 ottobre 1943. nel 1942 la giovane attrice interpreta il personaggio di Pallina, prima fidanzata e poi moglie bambina di Cico,  in una serie autonoma intitolata Le avventure di Cico e Pallina, interrotta dopo quattordici puntate nel febbraio del 1947. La Masina e Fellini ebbero un figlio, Pier Federico, nato il 22 marzo 1945 e morto appena undici giorni dopo la nascita, il 2 aprile. Una tragedia che segnerà inconsciamente la coppia. Giulietta Masina muore il 23 marzo 1994, all'età di settantaquattro anni, per un tumore ai polmoni (cinque mesi dopo la scomparsa di Fellini avvenuta il 31 ottobre 1993). Prima di morire, chiese che fosse il trombettista Mauro Maur, autore del pezzo La sua tromba, a suonare ai suoi funerali. Entrambi sono sepolti nel cimitero di Rimini. La loro tomba è marcata dal monumento a forma di Le Vele opera dello scultore Arnaldo Pomodoro. Giulietta Masina esordì nel cinema nel 1948 in Senza pietà, dove interpretò insieme a Carla Del Poggio il ruolo della mondana. Ma è insieme al marito che raggiunse la notorietà a livello mondiale con il ruolo di Gelsomina nel film La strada (1954), poi con Il bidone (1955), Luci del varietà (1950). Nel 1957 raggiunse probabilmente l'apice della carriera nel ruolo di Cabiria nel film Le notti di Cabiria. Nel 1958 interpretò una commovente figura di donna in Fortunella poi Nella città l'inferno. Giulietta degli spiriti (1965) Ginger e Fred (1985). Nel 1945, dopo la fine della guerra si laureò in Lettere e Filosofia all'Università "La Sapienza".