เจ้าหญิงยูเลียนาพระราชสมภพ ณ พระราชวังนูร์เด็นเด กรุงเฮก โดยเป็นพระราชธิดาเพียงพระองค์เดียวในสมเด็จพระราชินีนาถวิลเฮลมินาแห่งเนเธอร์แลนด์ และ ดยุกเฮนดริกแห่งเม็คเล็นบูร์ก-ชเวริน พระองค์ทรงเจริญพระชนม์ในพระราชวังเฮตลู เมืองอาเพลดูร์น กับ พระราชวังนูร์เด็นเด และ พระราชวังฮุยส์เต็นบอสช์ กรุงเฮก พระองค์ทรงศึกษาเล่าเรียนในพระราชวังนูร์เด็นเด ถวายการสอนโดยแยน ไลท์ฮาร์ท นักศึกษาศาสตร์ ดังนั้นตั้งแต่พระชนมายุ 6 พรรษา พระองค์จึงทรงได้รับการศึกษาขั้นพื้นฐานพร้อมกับเด็กในรุ่นราวคราวเดียวกัน คือ บารอนเนส เอลิซ เบนทิงค์ บารอนเนส เอลิซาเบธ ฟาน ฮาเด็นเบริค และ เลดี้ เมียค เด ย็องก์

เนื่องจากรัฐธรรมนูญดัตช์กำหนดให้พระองค์ควรพร้อมในการสืบราชสมบัติเมื่อพระชนมายุ 18 พรรษา การศึกษาของพระองค์จึงดำเนินไปอย่างรวดเร็วมากกว่าของเด็กทั่วไป หลังการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นเวลาห้าปี พระองค์ทรงได้รับการศึกษาระดับประถมศึกษา (จนถึงระดับเตรียมอุดมศึกษา) จากพระอาจารย์ส่วนพระองค์

ในวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2470 เจ้าหญิงยูเลียนาทรงเฉลิมฉลองพระชนมายุครบรอบ 18 พรรษา ตามรัฐธรรมนูญแล้ว พระองค์ทรงเจริญพระชนม์เต็มวัยอย่างเป็นทางการและมีสิทธิ์ในการถือครองพระราชอภิสิทธิ์เมื่อจำเป็น อีกสองวันต่อมา พระชนนีทรงแต่งตั้งเจ้าหญิงใน "ศาลรัฐมนตรีสภา" (Council of State หรือ "Raad van State" ในภาษาดัตช์) หญิงสาวแรกรุ่นที่มีลักษณะธรรมดา ขี้อายและเก็บตัว อีกทั้งพระราชชนนีที่เคร่งครัดศาสนาไม่ทรงอนุญาตให้แต่งพระพักตร์ ทำให้เจ้าหญิงยูเลียนามิทรงเหมาะสมกับภาพลักษณ์ของเจ้าหญิงในพระราชวงศ์ แต่กระนั้นก็ดี พระองค์ยังทรงเป็นที่รักและเคารพของชาวดัตช์อย่างมาก

ในปีเดียวกัน เจ้าหญิงทรงสมัครเป็นนักศึกษาในมหาวิทยาลัยเลเด็น ช่วงระหว่างปีแรกๆ ในมหาวิทยาลัย พระองค์ทรงศึกษาในวิชาสังคมวิทยา หลักนิติศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ ประวัติศาสตร์ศาสนา ประวัติศาสตร์รัฐสภาและ กฎหมายรัฐธรรมนูญ ในวิชาเรียน พระองค์ทรงเข้าฟังการบรรยายเรื่องวัฒนธรรมของประเทศซูรินามและเนเธอร์แลนด์แอนทิลลีส กฎบัตรแห่งราชอาณาจักรเนเธอร์แลนด์ การต่างประเทศ กฎหมายระหว่างประเทศ ประวัติศาสตร์ และ กฎหมายสหภาพยุโรป อีกทั้งทรงได้รับการถวายพระอักษรส่วนพระองค์จากศาสตราจารย์ ซี. ซนุค เฮอร์กร็อนเย ในเรื่องศาสนาอิสลาม ที่นับถือกันเป็นส่วนใหญ่ในประชากรทั้งหมดของอาณานิคมดัตช์ (หมู่เกาะอินเดียตะวันออกของดัตช์ (Dutch East Indies) ต่อมาคือ ประเทศอินโดนีเซีย ในปัจจุบัน ถึงแม้ว่าจะไม่ใช่รัฐอิสลาม แต่ประชากรราว 86 เปอร์เซนต์เป็นมุสลิม นับเป็นประเทศที่มีประชากรมุสลิมหนาแน่นที่สุด)

พระองค์ทรงมีพระราชอนุชาต่างพระราชมารดา 1 คน คือ พิม ลีเออร์