A l’âge de cinq elle est élevée par une tante à Milan dans le catholicisme. Elle a fréquenté l'école de grammaire ‘Ursulines de l'Union Romaine’ pour suivre des études en lettres, en philosophie, et en archéologie religieuse, elle rédigera même une thèse sur la résurrection de Lazare.

Mais très vite elle va embrasser d’autres disciplines artistiques, dont la danse, le chant et l'art dramatique et se produit dans la troupe du théâtre universitaire de Rome. Puis, sans cesser ses études, elle entre pendant la guerre dans la Compagnie du théâtre comique et musical de la radio italienne, où elle remporte un franc succès personnel dans une série de sketches à deux personnages, « Cico e Pallina » où les démêlés comiques d’un couple fraîchement marié sont imaginés par un jeune auteur, caricaturiste qui n’est autre que Federico Fellini. Fascinée par ce jeune cinéaste, elle l’épouse le 30 octobre 1943 quelques mois après leur première rencontre.

Malheureusement leur union sera bouleversée par la perte de leur nouveau-né au terme de deux semaines d’existence. Quelques années plus tard, Giulietta perdra un second enfant, après une chute dans l’escalier, alors qu’elle était enceinte. Une douleur si grande qu’ils se résigneront à vivre sans enfant, et mettront tout leur amour dans leur collaboration artistique.

Ce petit bout de femme d’1m57, menue, avec un petit air de lutin, débute en 1946, sous l'égérie de Roberto Rossellini, comme figurante dans le film à sketches « Paisa ». Puis Alberto Lattuada, en 1948, lui confie le rôle de Marcella la pauvre prostituée dans la comédie dramatique « Sans pitié », avec Carla Del Poggio, John Kitzmiller et Folco Lulli, pour sa composition encensée par les critiques, Giulietta obtient un Ruban d'argent du meilleur second rôle féminin.

Première collaboration à l'écran des deux époux avec « Les feux du music-hall » (1950) Federico décrit la vie plutôt minable d'une petite troupe de théâtre, avec ses querelles ridicules et ses spectacles pitoyables aux cotés de Carla Del Poggio et Folco Lulli, Giulietta campe une figure pathétique de réalisme, elle gagne une deuxième fois un Ruban d'argent du meilleur second rôle féminin.

Après « Europe 51 » (1951) de Roberto Rossellini où elle approfondit son personnage de femme du peuple dynamique et innocente aux cotés d’Ingrid Bergman, Fellini crée le personnage émouvant de Cabiria, dont la première apparition a lieu dans « Courrier du cœur » en 1952, avant d'être sacralisé par l’inoubliable « Nuits de Cabiria » (1957) où à Rome, Cabiria, une prostituée un peu simplette, échappe à la noyade après avoir été dépouillée par celui qu’elle croyait être son grand amour, puis elle fait la connaissance du gentil et timide Oscar (François Périer), c’est de nouveau le grand amour jusqu’au soir où Oscar s’enfuit avec toutes ses économies, au petit matin, après avoir voulu mourir, Cabiria reprend espoir au son de l’aubade de jeunes musiciens ; une prestation inoubliable pour laquelle elle est récompensée du Prix d’interprétation féminine au festival du cinéma de Cannes en France, du Ruban d’Argent de la meilleure actrice par le syndicat national italien des journalistes de cinéma, et du Prix Zulueta de la meilleure actrice au festival international du film de San Sebastián en Espagne. Entre temps, Federico Fellini lui offre le personnage bouleversant de la femme-clown Gelsomina dans son émouvant chef-d’œuvre « La Strada » (1954), Zampano (Anthony Quinn), un rustre costaud, forain ambulant spécialisé dans des tours de force, achète à une mère misérable, Gelsomina, une femme enfant, naïve, un peu attardée, Gelsomina le seconde dans son grand numéro de briseur de chaînes, mais Zampano la traite comme bonne à tout faire, bien qu’elle éprouve un certain attachement pour lui, lors d’une étape, Gelsomina est fascinée par le gracile Il Matto, le fou, (Richard Basehart) avec son dangereux numéro de funambule, ce dernier est le seul à la comprendre, exaspéré, Zampano finit un jour par le tuer, Gelsomina, inconsolable de la mort du Fou, Zampano l’abandonne sur la route, des années plus tard, il apprend qu’elle est morte, alors, pour la première fois de sa vie, il pleure. Son personnage de Gelsomina, avec sa bouille lunaire, sa fragile silhouette, aux yeux ronds écarquillés avec un perpétuel étonnement d'un clown lui confère le statut de star.

Dans le drame carcéral de Renato Castellani « Dans la ville de l'enfer » (1959), injustement accusée de complicité de vol, Lina (Giulietta Masina), une jeune bonne est incarcérée quelques mois à la prison de Mantellate, le contact brutal avec l'humanité tragique qui peuple la prison épouvante la jeune fille mais peu à peu, grâce à la protection d'Egle (Anna Magnani), une récidiviste qui se sent attirée par son 'incroyable naïveté et crédulité, Lina parvient à se résigner à son propre destin, sortie de prison, les leçons d'Egle l'ont transformée en une femme plus aguerrie.

En 1965, elle se rend en France pour une production romantique franco-allemande de Julien Duvivier « Juliette des esprits », Doris (Giulietta Masina) une petite dactylo idéaliste est à la recherche d'un grand amour pour un meilleur train de vie, mais elle va de désillusions en désillusions, se leurrant constamment sur les intentions de ses amants successifs avec Gustave Knuth et Gert Fröbe. Pour sa performance elle reçoit le David de la meilleure actrice.

Bryan Forbes l’appelle en Angleterre pour une comédie légère « la folle de Chaillot » (1969) interprétée Katharine Hepburn, une vieille comtesse excentrique, légèrement folle s’oppose à un groupe de conspirateurs qui fomente de forer le tout Paris pour rechercher du pétrole, avec Giulietta Masina la Folle de Passyay, Edith Evans, la Folle de la Concorde et Margaret Leighton la Folle de Saint-Sulpice.

Après ce film sa carrière est pratiquement terminée. Elle ne revient au cinéma qu'en 1985 à la demande de son mari avec « Ginger et Fred », Amelia et Pippo (Giulietta Masina et Marcello Mastroianni) deux anciens danseurs de claquettes sont réunis après des dizaines d'années pour interpréter leur ancien numéro de music-hall dans une émission de télévision mais la féerie n’est plus au rendez vous.

Son dernier film est assez émouvant « Aujourd’hui peut-être… » (1990) de Jean-Louis Bertucelli, elle campe une septuagénaire, Mme Bertille, une veuve qui avant de vendre sa maison organise un repas et convie toute la famille, mais manque son fils prodigue Raphaël, (Maxime Leroux) un voyou recherché par la police et qu’elle n'a pas revu depuis quinze ans, Bertille est alertée par un cri bizarre d’oiseau qu'elle est seule à identifier : c’est Raphaël qui lui signale discrètement sa présence, quand Raphaël reprend sa cavale après leurs émouvantes retrouvailles, Bertille est submergée par ses émotions, elle ne quittera pas vivante la demeure familiale.

Au cours de sa carrière, l’actrice a remporté onze récompenses dont entre autres : deux David di Donatello de la meilleure actrice principale, quatre Ruban d’argent, le prix de la meilleure interprétation féminine aux Festivals de Cannes et de San Sebastián, un Prix d'honneur de la Caméra de la Berlinale au Festival du film de Berlin comme preuve du succès qu'il a eu aussi à l'étranger ; Charlie Chaplin a dit d'elle "c'est l'actrice que j'admire le plus".

Giulietta Masina est décédé le 23 Mars 1994, à l'âge de soixante-treize, d’un cancer du poumon (cinq mois après la disparition de Fellini le 31 Octobre 1993). Le couple repose au cimetière de Rimini en Italie…

1986 - Noisette d’Or d’Honneur au festival du cinéma de Giffoni, Italie.

1986 - David spécial aux prix David di Donatello, Italie.

1986 - Caméra Berlinoise au festival international du cinéma de Berlin, Allemagne.

1986 - Pour le film : GINGER ET FRED - Ruban d’Argent - Meilleure actrice par le syndicat national italien des journalistes de cinéma, Italie.

1982 - Médaille d’Or du Ministère du Tourisme aux prix David di Donatello, Italie.

1966 - Pour le film : JULIETTE DES ESPRITS - David - Meilleure actrice, Italie.

1958 - Pour le film : LES NUITS DE CABIRIA - Prix d’interprétation féminine - Festival du cinéma de Cannes, France.

1958 - Pour le film : LES NUITS DE CABIRIA - Ruban d’Argent - Meilleure actrice par le syndicat national italien des journalistes de cinéma, Italie.

1958 - Pour le film : LES NUITS DE CABIRIA - Prix Zulueta - Meilleure actrice - Festival international du film de San Sebastián, Espagne.

1951 - Pour le film : LES FEUX DU MUSIC-HALL - Ruban d’Argent - Meilleur second rôle féminin par le syndicat national italien des journalistes de cinéma, Italie.

1949 - Pour le film : SANS PITIÉ - Ruban d’Argent - Meilleur second rôle féminin par le syndicat national italien des journalistes de cinéma, Italie.