Julia Muzychenko studierte von 2013 bis 2018 am Sankt Petersburger Konservatorium und besuchte von 2015 bis 2016 die Internationale Musikakademie „Jelena Obraszowa“ in Sankt Petersburg. Ihr Bühnendebüt gab sie 2015 am Mariinsky Theatre in der Titelrolle von Tarnopolskis Aschenputtel. Nach Wettbewerbserfolgen im Jahr 2017 folgten Engagements als Violetta Valéry La traviata am Teatro Giuseppe Verdi (Busseto), am Teatro Regio di Parma sowie an der Ópera de Tenerife (2019). 2019 sang sie die Rolle der Norina in Don Pasquale an der Opéra National de Montpellier.

Von 2019 bis 2021 war sie Mitglied des Jungen Ensembles der Semperoper Dresden, wo sie Rollen wie Musetta La bohème, Olympia Les Contes d’Hoffmann, Sandmännchen/Taumännchen Hänsel und Gretel und Papagena Die Zauberflöte interpretierte. Dem deutschen Fernsehpublikum wurde sie durch solistische Auftritte beim ZDF-Adventskonzert 2019 und beim Semperopernball 2020 bekannt. Ihr Debüt als Gilda in Verdis Rigoletto gab sie 2021 an der Opéra National de Montpellier. Im Dezember 2021 stellte sie sich dem Publikum der Oper Frankfurt als Oksana in The Night Before Christmas von Rimski-Korsakow vor. Diese Produktion wurde in der Kritikerumfrage der Opernwelt zur „Aufführung des Jahres“ gewählt. Weitere Rollendebüts folgten als Schwanenprinzessin in The Tale of Tsar Saltan an der Opéra national du Rhin in Strasbourg (2023) sowie als Wolchowa in Sadko am Bolschoi-Theater Moskau (2024).

Ihr Erfolg beim 27ème Concours international de Chant de Clermont-Ferrand ermöglichte ihr im Januar 2022 das Debüt als Amina in Donizettis La sonnambula in Clermont-Ferrand sowie anschließend die Mitwirkung an dieser Tourneeproduktion in Vichy, Avignon, Metz und weiteren Städten. Als Preisträgerin des 33ème Concours International de Chant de Marmande debütierte sie im August 2022 bei den Nuits lyriques de Marmande in der Titelrolle von Lakmé (Léo Delibes).