Elle découvre le violon à trois ans et demi, puis entre au conservatoire de Montpellier à six ans, obtenant son Premier prix à treize ans. Elle intègre ensuite le conservatoire de région de Paris, puis, en 2002, le Conservatoire national supérieur de musique de Paris dans la classe d’Olivier Charlier. Une fois diplômée, à dix-neuf ans, elle se perfectionne au violon avec le violoncelliste Marc Coppey, « une manière de travailler davantage la musique que l’instrument », explique la musicienne. Elle étudie ensuite à la Hochschule für Musik de Cologne avec Mihaela Martin. Elle s’intéresse tout particulièrement à la musique contemporaine, participant notamment à l’Académie d’orchestre de Lucerne dirigée par Pierre Boulez (2004 et 2007).
En 2009, Charlotte Juillard fonde le Quatuor Zaïde – dont elle est premier violon – avec Pauline Fritsch (violon), Sarah Chenaf (alto) et Juliette Salmona (violoncelle). Très rapidement, la formation soutenue par le Mécénat musical Société Générale remporte de nombreuses récompenses. Citons le Premier prix du Concours international Joseph Haydn de Vienne ainsi que trois Prix spéciaux dont celui de la meilleure interprétation des œuvres de Haydn (2012) ou le Premier prix au Concours international de musique de Pékin (2011). Leur premier disque, regroupant des pages de Janáček et Martinů (NoMadMusic, 2014), a connu un beau succès public et critique. Plus récemment, leur album consacré aux six quatuors op 50 de Haydn, rarement enregistrés, a été distingué par la critique française.
Après avoir été lauréate, en janvier 2014, du concours de recrutement du premier violon super soliste, Charlotte Juillard intègre l’Orchestre philharmonique de Strasbourg.