Youlia Solntseva est née à Moscou le 7 août 1901. Elle a fait ses études à la faculté d'histoire et philologie de l'Université de Moscou, puis à L'Institut national de théâtre et musique jusqu'en 1924. A partir de 1923 et parallèlement à ses études, Youlia Solntseva a travaillé comme actrice au studio Mejrabpom-Rus (Межрабпом-Русь) puis au studio d'Odessa.
Après l'avoir engagée pour jouer un rôle secondaire dans Aelita, Protazanov lui confiera finalement le rôle principal (Aelita). Déjà célèbre, grâce à ce dernier rôle, elle le deviendra encore plus après avoir joué la même année le rôle de Zina, la vendeuse de cigarette dans le film La Vendeuse de cigarettes du Mosselprom. A partir de 1929 elle sera assistant-réalisateur au studio VUFKU, puis à Mosfilm et au studio de Kiev. A partir de 1946, elle est réalisateur à Mosfilm. En 1940, elle réalise son premier film seule, le documentaire Boukovina - terre ukrainienne (Буковина - земля украинская).
En 1928 alors qu'elle tournait dans Jimmy Higgins (Джимми Хиггинс) elle rencontre Aleksandr DOVJENKO (Александр ДОВЖЕНКО). Ils se marieront peu de temps après et commenceront une longue et étroite collaboration. Après la mort de Dovjenko, en 1956, Youlia Solntseva réalisera plusieurs films dont il avait écrit les scénarios : Le Poème de la mer (Поэма о море), 1958 Récits des années de feu (Повесть пламенных лет), 1960 La Desna enchantée (Зачарованная Десна), 1964 L'Inoubliable (Незабываемое), 1967 Les Portes d’or (Золотые ворота), 1969