Julia KLUMPKE étudie le violon et la composition au New England Conservatory à Boston, puis poursuit sa formation en Europe dans les années 1920, avec Eugène Ysaÿe et Léopold Auer. Elle prend également des leçons de composition de Nadia Boulanger et Annette Dieudonné à Paris.
À Spartanburg en Caroline du Sud, entre 1906 et 1910, Julia KLUMKE enseigne le violon au Converse College, un lycée pour femmes et y dirige l'Orchestre symphonique. Pendant la première Guerre Mondiale, elle abandonne son travail et rejoint sa sœur Anna en France pour l'aider lorsqu'elle transforme sa maison de Thomery en hôpital pour les soldats blessés.
En 1928, elle effectue un tour du monde et au milieu des années 1930 retourne vivre à San Francisco où elle est membre de plusieurs associations musicales féminines et de la société des compositeurs de Californie.
Julia KLUMPKE a composé une cinquantaine d'œuvres musicales, principalement de la musique de chambre, des mélodies et de la musique chorale Elle a composé un poème dramatique, The Twin Guardians of the Golden Gate, pour l'exposition internationale du Golden Gate en 1939.
Elle est la sœur de Dorothea, 1ère femme astronome à l’Observatoire de Paris, la soeur d’Augusta, 1ère femme neurologue à l’Académie de Médecine de Paris et la soeur d’Anna, peintre animaliste et dernière compagne de Rosa BONHEUR.