La chiesa fu costruita per volontà della marchesa Giulia Colbert Falletti di Barolo (1786-1864), la quale si fece carico, nel 1859, dell’edificazione della parrocchiale di Vanchiglia. Ottenne dalla municipalità l’autorizzazione ad intitolarla a Santa Giulia, la giovane martire cartaginese del V° secolo, di cui porta il nome, e di edificarla nella configurazione architettonica neogotica, affidando il progetto a un giovane architetto, Giovan Battista Ferrante (1834-1913). La chiesa fu uno dei primi edifici neogotici della città; seguiranno numerosi altri edifici di culto e civili fino a fine secolo.
I lavori iniziarono il 25 agosto 1862 e terminarono nella primavera del 1866, due anni dopo la morte della fondatrice; il 23 giugno 1866 la chiesa poté essere ufficialmente aperta al culto. L’edificio insiste su un intero isolato, tra via S. Giulia e via Balbo e la sua facciata si impone, pur nella sobria solennità, per l’insolito contrappunto cromatico. Tre rosoni coronano gli ingressi marmorei e nella fasciatura di quello principale compare l’esortazione dell’apostolo Paolo fatta proprio dalla marchesa: Absit gloriari nisi in cruce Domini nostri Jesu Christi (Di null’altro mi vanterò se non della croce di Nostro Signore Gesù Cristo). Il basso rilievo che esalta l’Eucarestia e le quattro grandi statue di S. Carlo Borromeo, S. Pietro, S. Paolo e del Beato Sebastiano Valfrè completano la decorazione complessiva della facciata.
La chiesa giace nel quartiere torinese di Vanchiglia, una volta luogo degradato della città, poiché zona al di fuori delle antiche mura cittadine. L’espansione della città aveva reso necessario una riqualificazione delle abitazioni decadenti che caratterizzavano quest’area, in prevalenza industriale, e soprannominata dai cittadini il “borgo del fumo”. Dal 1844 su progetto di Alessandro Antonelli s’inizia la sua riqualificazione; lo stesso Antonelli segnalò al Comune la necessità di una chiesa, che verrà costruita solo negli anni successivi dalla marchesa. Gli interni sono caratterizzati da arredi del più puro stile eclettico, con l'intervento dei fratelli Levera, rinomati intagliatori che avevano bottega nella vicina via Tarino.