Nasce a Roma, figlia di magistrati napoletani[1]. Da adolescente faceva parte di una squadra agonistica di ginnastica artistica, ed è qui che, dopo aver concluso gli studi classici al liceo ginnasio statale "Terenzio Mamiani" di Roma,[2] viene notata durante un provino da un produttore cinematografico. Così, pian piano si avvicina all'attività di attrice, fino al debutto sugli schermi nella terza stagione di Distretto di Polizia (2002), dove è Sabina, la sorella di Giulia Corsi (Claudia Pandolfi), ruolo interpretato anche nelle due stagioni successive. L'anno seguente appare nel ruolo di Ilaria in Ricordati di me, film di Gabriele Muccino. Nel 2004 è protagonista della miniserie Paolo Borsellino, per la regia di Gianluca Maria Tavarelli, dove interpreta il ruolo di Lucia Borsellino. Dal 2005 al 2008 è Francesca De Biase in R.I.S. - Delitti imperfetti. Nel 2006 è anche sul set del telefilm Il vizio dell'amore, dove è comparsa nell'episodio Il vicino, nonché nella serie TV Vientos de agua, dove interpreta il ruolo di Gemma e in Taccuini d'amore, per la regia di Valia Santella.
Ai polizieschi alterna il cinema. Nel 2009 interpreta Marika, la fidanzata di Checco Zalone nel film Cado dalle nubi. Nel 2011 partecipa a tre film: Immaturi, per la regia di Paolo Genovese nel ruolo di Cinzia, Febbre da Fieno, per la regia di Laura Lucchetti nel ruolo di Franki e Cavalli, per la regia di Michele Rho nel ruolo di Veronica. Nel marzo 2011 partecipa a due episodi della serie TV I soliti idioti, in onda su MTV nel ruolo di Carmela.[4] Nel 2012 è sul set di Outing - Fidanzati per sbaglio, film per il cinema diretto da Matteo Vicino e I calcianti, per la regia di Stefano Lorenzi. Sempre nel 2012 ritorna per la quarta volta sul set di Squadra antimafia - Palermo oggi, ancora una volta nei panni della mafiosa Rosy Abate.[5]
Nel novembre 2013 l'attrice dichiara che lascerà la fiction dopo la sesta serie.[6] Nel 2014 ritorna al cinema con Allacciate le cinture, per la regia di Ferzan Özpetek, e sul piccolo schermo con Gli anni spezzati, per la regia di Graziano Diana. Nel 2015 ricopre il ruolo della protagonista Nina ne Il bosco, miniserie TV diretta da Eros Puglielli. Dal 22 gennaio dello stesso anno è sul grande schermo con Sei mai stata sulla Luna?, per la regia di Paolo Genovese, e dal 18 giugno con Torno indietro e cambio vita, per la regia di Carlo Vanzina.[7] Nell'anno 2016 lascia definitivamente Squadra antimafia all'ottava stagione, per poi tornare inaspettatamente come protagonista assoluta nello spin-off Rosy Abate - La serie, in onda dal 12 novembre 2017 all'11 ottobre 2019, in cui ha recitato insieme alla sorella Paola. Intervistata circa le ragioni del ripensamento, la Michelini dichiara che Rosy è stato un personaggio fin troppo amato dal pubblico, e che professionalmente e umanamente le ha dato tanto; dunque era giusto darle un seguito.
Sempre nel 2017 è Bianca, la paziente del giovedì del dottor Mari, nella terza e ultima stagione di In Treatment. Nell’autunno del 2019 veste per l’ultima volta i panni della "regina di Palermo" nella seconda stagione di Rosy Abate - La serie. L’attrice, ai microfoni di Verissimo, dichiara che la sua "Rosy" ha ormai dato tutto, e di sentirsi affaticata, dopo 10 anni, di interpretarla. Pertanto, desidera prendersi una pausa, o cimentarsi in nuovi progetti, con la speranza che la gente per strada torni a chiamarla Giulia, non più Rosy.[8]
Vita privata
L'attrice ha un figlio, Giulio Cosimo, avuto nel 2005 a 19 anni dal velista Giorgio Cerasuolo.
