Giulia, seconda di tre figli, nasce ad Ancona il 6 maggio 1892 dalla nobile famiglia Bonarelli. Da diverse generazioni i Bonarelli vivevano sul colle del Guasco, la parte più antica della città. Il padre, Guglielmo Bonarelli (1862-1933), noto avvocato e politico di fede monarchica, sindaco per due brevi periodi tra il 1910 e il 1911, dopo aver sposato Giuseppina Boldrini (1864-1957), scelse di trasferirsi nella nuova Ancona in un appartamento situato di fronte al palazzo di Giustizia costruito tra il 1883 e il 1884. Giulia Bonarelli, cosi come il fratello maggiore Vittorio Emanuele e la sorella minore Virginia, laureati rispettivamente in scienze politiche e chimica, si dedica agli studi. Frequenta brillantemente il liceo classico "Carlo Rinaldini" diventando l'unica donna diplomata della sua classe.