Nata a Londra nel 1941,  dall'attore John Mills e dell'attrice e commediografa Mary Hayley Bell, sorella maggiore dell'attrice Hayley Mills (nota per alcuni film Disney quali Il cowboy con il velo da sposa - il 1960 -, Giallo a Creta - 1964 - e F.B.I Operazione gatto - 1965 - di Robert Stevenson) Juliet Maryon Mills - meglio nota come Juliet Mills - comincia a recitare in giovanissima età.

Bambina prodigio, negli anni Quaranta appare in quattro film: Eroi del mare (1942) di Noel Coward e David Lean, girato quando è nata da appena tre mesi, So Well Remembered (1947) di Edward Dmytryk, Prigioniero della paura (1947) di Roy Ward Baker e The History of Mr. Polly (1949) di Anthony Pellissier, tutti interpretati da suo padre John Mills (1908-2005).

Dopo circa un decennio di teatro, nella stagione ‘59-‘60, appena diciottenne, è fra gli interpreti del lavoro televisivo Mrs. Miniver, mentre nello stesso periodo ottiene una Nomination ai Tony Award per la sua interpretazione nel lavoro teatrale Five Finger Exercise.

Sempre a teatro nella stagione ‘64-‘65, lavora in Alfie!

Proseguito poi la sua carriera lavorando al cinema (ricordiamo Rancho Bravo - 1965 - di Andrew V. McLagen, La cassa sbagliata - 1966 - di Bryan Forbes, Oh, che bella guerra! (1969) di Richard Attenborough, l’horror Chi sei? - 1974 - di Ovidio G. Assonitis e Robert Barrett, lo spagnolo El segundo poder - 1977 - di Josè Maria Forque) e poi ancora per la televisione, per cui, fra il ‘70 e il ‘71, interpreta la sitcom La tata e il professore (il ruolo di Phoebe Figalilly le fa ottenere una Nomination al Golden Globe come Miglior Attrice in una serie commedia o musicale).

In Italia è ricordata soprattutto per il ruolo di Pamela Piggott nella commedia Avanti! (1972, in italiano pessimamente trasformato in Che cosa è successo fra mio padre e tua madre?) di Billy Wilder, tratto da una piece teatrale di Samuel Taylor, girato fra Ischia e Capri, e in cui lavora con Jack Lemmon, Clive Revill, Edward Andrews, Gianfranco Barra, Pippo Franco, Antonino Faa Di Bruno, Franco Angrisano, Aldo Rendine.

Per tale ruolo riceve una Nomination al Golden Globe come Migliore Attrice in un film commedia o musicale, mentre vincerà un Emmy Award per la sua nterpretazione nella miniserie televisiva QB VII (1974).

A partire dagli anni Novanta, Juliet Mills ha continuato a lavorare in teatro ed in televisione, mentre, fra il 1998 e il 2007 fa parte del cast fisso della serie televisiva drammatica Passions, per cui riceve un’altra Nomination agli Emmy.

Nel 2009 appare in alcuni episodi di Wild at Heart (Cuore d’Africa), in cui recita per la prima volta con sua sorella Hayley Mills.