Julien Leroy s’initie dès l’âge de quatorze ans à la direction d’orchestre au sein de la Sergiu Celibidache Stiftung München, auprès de Konrad von Abel. Il poursuit sa formation à Paris avec Adrian McDonnell, tout en se perfectionnant lors de classes de maître dirigées par Valery Gergiev, Kurt Masur, Jorma Panula et Daniel Harding, qu’il assiste occasionnellement à l’Orchestre de la Radio suédoise de Stockholm. Il approfondit ensuite le répertoire contemporain auprès de Laurent Cuniot et de Jean Deroyer.
En 2009, Julien Leroy est lauréat du Young Artists Conducting Program – avec Pinchas Zukerman et Kenneth Kiesler – du Centre national des arts d’Ottawa et distingué par l’Honorable Mention Award du 15e Concours international de direction d’orchestre de Tokyo. Il est également retenu pour l’Académie du Festival de Verbier auprès de Kurt Masur.
Directeur musical de l’Orchestre symphonique Paris Rive Droite de 2003 à 2006, il fonde par la suite l’Ensemble orchestral Intermezzo avec lequel il explore de nombreux répertoires. En 2006, Julien Leroy devient chef d’orchestre adjoint de l’Orchestre de la Cité Internationale universitaire de Paris, tout en poursuivant sa carrière en France et à l’international. En 2010, il est nommé professeur de direction au Conservatoire à rayonnement régional de Metz.
Julien Leroy est aussi chef d’orchestre assistant de l’Ensemble intercontemporain, d’abord auprès de Suzanna Mälkki puis, aujourd’hui, de Matthias Pintscher. Il est par ailleurs l’invité régulier du Festival de Lucerne, qui l’accueille depuis 2012 durant l’Académie au titre de chef assistant de Pierre Boulez, puis de Sir Simon Rattle et d’Esa-Pekka Salonen.
En 2014, Julien Leroy remporte le Premier Prix de la quatrième édition des Talents ADAMI Chefs d’orchestre.