Juliet Rylance se educó en la Real Academia de Arte Dramático (RADA). Su primer papel importante al salir de RADA fue como Medea en la puesta en escena de Neil LaBute de Bash: Latter-Day Plays en el Union Theatre de Londres. Luego pasó a formar parte de varias obras de teatro hasta que, junto con dos de sus contemporáneos, David Sturzaker y la directora Tamara Harvey, comenzó su propia compañía de producción, Theatre of Memory, para la que protagonizó varias puestas en escena. Aunque ya había aparecido en cortometrajes y cintas en 2003 y 2005 respectivamente, Rylance se dio a notar en la pantalla gracias a su papel coprotagónico en la cinta de terror Siniestro, junto a Ethan Hawke. Ese mismo año apareció en Frances Ha de Noah Baumbach. En 2013 apareció y produjo la película Days and Nights, basada en la obra de Anton Chekov The Seagull, y escrita y dirigida por su esposo, Christian Camargo. Recientemente apareció en la cinta familiar La razon de estar contigo (2017) y en la serie McMafia (2018).