Atleta già medagliata nei 50, 100 e 200 m rana agli europei giovanili di Anversa 2007 (in totale due ori e un argento), Efimova ha fatto il suo debutto internazionale da senior in occasione dei campionati europei in vasca corta di Debrecen 2007 vincendo tre medaglie d'oro nelle stesse distanze a rana.
La nuotatrice russa ha in seguito partecipato ai Giochi olimpici di Pechino 2008 mancando il terzo posto nei 100 m rana posizionandosi nove centesimi di secondo dietro Mirna Jukić; ha preso parte anche ai 200 m rana e alla staffetta 4x100 m misti ottenendo il quinto posto in entrambe le gare. Si è rifatta alle successive Olimpiadi di Londra 2012 vincendo la medaglia di bronzo nei 200 m rana, mentre è rimasta fuori dal podio nei 100 m rana e nella staffetta 4x100 m misti (rispettivamente settimo e quarto posto).
Nell'ottobre 2013 Julija Efimova è risultata positiva allo steroidedeidroepiandrosterone (DHEA),[1] venendo squalificata per 16 mesi dal comitato antidoping della FINA.[2] Al suo rientro alla competizione agonistica, avvenuto durante i mondiali di Kazan' 2015, ha vinto l'oro nei 100 m rana e il bronzo nei 50 m dello stesso stile.
Un nuovo controllo antidoping risalente a febbraio 2016, risultato stavolta positivo al meldonium, le fa rischiare la squalifica a vita.[3] Il ricorso al TAS le permette di partecipare in extremis ai Giochi olimpici di Rio de Janeiro 2016 dove vince l'argento nei 100 m e 200 m rana tra i fischi del pubblico e le critiche degli altri atleti.[4]
«Per il suo grande contributo allo sviluppo della cultura fisica e dello sport, conseguendo alti successi sportivi ai Giochi della XXX Olimpiade di Londra nel 2012» — 13 agosto 2012[5]