Юлий Бернштейн родился 18 декабря 1839 года в городе Берлине в семье писателя Аарона Бернштейна. Изучал медицину в Берлинском университете, который успешно окончил в 1862 году[3][4][5]. В том же году он получил докторскую степень с диссертацией на тему о физиологии мышц.
С 1865 года Ю. Бернштейн занимал должность приват-доцента в Университете Гейдельберга, а в 1869 году занял там же кафедру физиологии в качестве экстраординарного профессора[4].
Юлий Бернштейн прежде всего известен своими трудами по физиологии нервной системы и об электрических явлениях в нервах и мышцах; его капитальнейшим трудом считается «Untersuchungen über den Erregungsvorgang im Nerven- und Muskelsystem» изданный в 1871 году[4][7].
Из других работ учёного наиболее известны «Die fünf Sinne des Menschen» (1875, 2 изд. 1900) и «Lehrbuch der Physiologie», (1894, 2 изд. 1900). Кроме того, им помещено много выдающихся статей в специальных журналах[4].
С 1888 года Бернштейн состоит издателем и главным редактором «Untersuchungen aus dem physiologisehen Institut in Halle»[4][8].
Юлий Бернштейн был женат на Софи Леви (1856-1923); в этом браке родились трое детей: художница Марта Бернштейн (1874-1955), математик Феликс Бернштейн (1878-1956) и инженер Рудольф Бернштейн (1880-1971).