Julien Gosselin a suivi les cours de l’EPSAD, École professionnelle supérieure d’art dramatique à Lille, dirigée par Stuart Seide. Avec six acteurs issus de sa promotion, il forme Si vous pouviez lécher mon cœur (SVPLMC) en 2009, et met en scène Gênes 01 de Fausto Paravidino en 2010, au Théâtre du Nord. L’année suivante, il signe la création française de Tristesse animal noir d’Anja Hilling, au Théâtre de Vanves, puis en tournée en 2012.
En juillet 2013, il crée Les Particules élémentaires de Michel Houellebecq au Festival d’Avignon, troisième spectacle de Si vous pouviez lécher mon cœur.
En mars 2014, il crée, au Théâtre national de Bruxelles, Je ne vous ai jamais aimés, forme courte autour d’un texte de Pascal Bouaziz du groupe Mendelson.
À l’automne 2015, il met en scène Le Père de Stéphanie Chaillou au Théâtre national de Toulouse. La même saison, il crée au Festival d’Avignon, 2666, adapté du roman-fleuve de Roberto Bolaño, avant une tournée française et mondiale.
En 2017, il crée au Festival de Marseille 1993, à partir d’un texte d’Aurélien Bellanger, avec les élèves de la promotion 43 du Théâtre national de Strasbourg. Pour l’édition 2018 du Festival d’Avignon, il adapte et met en scène trois romans de l’auteur américain Don DeLillo : Joueurs, Mao II, Les Noms.
L’année suivante, à l’invitation de l’Internationaal Theater d’Amsterdam, il poursuit son travail autour de Don DeLillo en adaptant L’Homme qui tombe (Vallende Man) avec les comédiens de l’ITA ensemble, en mars 2019.
Dans le cadre du Printemps des Comédiens à Montpellier, il crée Le Marteau et la Faucille, toujours de Don DeLillo.
En février 2021, Julien Gosselin crée avec le groupe 45 du Théâtre national de Strasbourg une adaptation du Dekalog de Krzysztof Kieslowski.
À l’automne, il met en scène au Théâtre national de Strasbourg Le Passé, adaptation de textes de l’auteur russe Léonid Andreev.
Au printemps 2022, il crée à la Volksbühne de Berlin Sturm und Drang, premier volet d’Histoire de la littérature allemande.
En 2023, il crée Extinction, d’après Thomas Bernhard et Arthur Schnitzler, qui associe acteurs de Si vous pouviez lécher mon cœur et de la Volksbühne et qui est créé au Printemps des Comédiens de Montpellier, avant le Festival d’Avignon, Berlin, Anvers, Paris (Théâtre de la Ville).
Depuis le 15 juillet 2024, il est le directeur de l’Odéon-Théâtre de l’Europe.