Pocházel z rodiny francouzsko-německého původu. Zeyerův děd tesař Johann Zeyer přišel do Prahy z alsaského Štrasburku a oženil se zde s dcerou obecního vozky. Otec byl tesařský mistr a zámožný obchodník dřevem. Matka Eleonora Alžběta rozená Weisselesová pocházela ze zámožné židovsko-německé rodiny. Svatbu měli Zeyerovi rodiče roku 1834 v Týnském chrámu. Měli sedm dětí, Julius byl třetí syn. Narodil se v domě na rohu ulice Hybernské a dnešní Havlíčkovy čp. 1309, který byl později zbořen kvůli stavbě státní dráhy a nádraží.

Po smrti manžela v roce 1851 se Eleonora Zeyerová musela postarat nejen o výchovu dětí, ale i o řádný chod jejich dřevařského závodu. Přes 30 let bydlil s rodiči a poté s matkou v Mariánské, dnešní Opletalově ulici v domě, který dali rodiče postavit v letech 1844 - 1845. Dům Zeyerova matka opustila v roce 1878, když se provdaly její dcery, a zařídila si vilu v Liboci nedaleko obory Hvězda v Libocké ulici 16, tzv. Bílý dům. Po smrti matky Eleonory v roce 1881 se stala majitelkou domu v Mariánské ulici Zeyerova přítelkyně spisovatelka Anna Lauermannová-Mikschová. Až do roku 1932, kdy spisovatelka zemřela, byl dům nejproslulejším a nejnavštěvovanějším literárním salonem v Československu.

Přestože se v rodině mluvilo německy a že měl Zeyer německé školy, stal se českým spisovatelem. Zásluhu na tom měla jeho matka, která ho dala vyučovat češtině a najala mu českou chůvu. Ta měla na budoucího básníka velký vliv, vyprávěla mu české pohádky a pražské pověsti. Zeyer byl špatným žákem. Zajímal ho jen dějepis, určitá mystika náboženství a jazyky. V roce 1869 neudělal maturitu a nešťastně se zamiloval, takže dokonce uvažoval o vstupu do kláštera. Měl však převzít otcův závod, a tak se na tento úkol připravoval na reálném gymnáziu a pak na technice. Vysokoškolská studia však nedokončil, vyučil se tesařství a začal pracovat u svého otce. Dokonce podnikl cestu na zkušenou do Rakouska, Německa a Švýcarska. Stále více ho však přitahovala romantika, mystika, česká minulost, dobrodružství a daleké kraje. Četl romantickou literaturu, Waltera Scotta, Cooperovy romány, Homéra, Cervanta, Byrona, Racina a byl si stále jistější, že bude básníkem. Dal se jako mimořádný posluchač zapsat na pražskou univerzitu ke studiu filozofie, dějin starých kultur a především se věnoval studiu jazyků: latiny, řečtiny, francouzštiny, angličtiny, italštiny, studuje sanskrt, španělštinu, polštinu a ruštinu. Kromě toho se zajímal o tajné vědy a křesťanskou mystiku. Díky majetku rodičů se nemusel starat o své živobytí. Své první literární pokusy začal tisknout v 70. letech v časopise Paleček a v Lumíru. Patřil tehdy k lumírovcům, ale jejich literárních zápasů se pro svou uzavřenou povahu neúčastnil. Zájem o poznávání cizích krajin, jejich kultur, tradic a náboženství ho vedl do světa. Jeho první cesta vedla do Ruska, kde působil jako vychovatel u vzdělaného hraběte Valjujeva, pozdějšího ministerského předsedy. V téže funkci přesídlil na Krym do rodiny knížete admirála Popova. Po návratu domů byl nespokojen s domácími poměry, odpuzovala ho malost české politiky a zdálo se mu, že je málo oceňován. Po smrti své matky od roku 1882 stále častěji odjížděl z Prahy a z Čech. Byl vychovatelem na venkovském sídle u hraběte Harracha, cestoval s ním po Evropě. Navštívil Skandinávii, Německo, Holandsko, Belgii, Vídeň. Roku 1883 navštívil poprvé Itálii, projel ji celou až na jih, dostal se až do Tunisu a zpět. Část italské cesty strávil se svým známým z Prahy architektem a malířem Jiřím Stibralem, s nímž se později opět setkali v Rusku a prošli společně podél krymského pobřeží až do Tbilisi. Zeyera to táhlo stále dál, hledal místo, kde by mohl zakotvit, kde by se cítil dobře, ale marně. Po domově stále toužil, ale kdykoli se tam vrátil, neměl tam klid. Podnikl cestu do Řecka a Cařihradu a v roce 1889 odejel poprvé do Francie. O rok později ještě navštívil Španělsko, 1892 Tyroly a opět severní Itálii, 1893 jel přes Polsko do Ruska, v následujícím roce do Slovinska a Chorvatska, 1896 do Bavorska a 1899 podnikl svou poslední cestu opět do Ruska. Dlouhodobé a časté pobyty v cizině podnítily jeho bohatou korespondenci, v níž si ujasňoval své názory a stanoviska. Bloudění světem mu po smrti rodičů umožňovalo mecenášství Josefa Hlávky a příspěvky spolku Svatobor, za svá díla bral totiž jen nevelké honoráře.

Od smrti matky v roce 1881 bydlel Julius Zeyer na Vinohradech v Karlově ul. 16 (dnešní Jugoslávská) v domě U Černého koně. V roce 1899 po návratu z Vodňan mu poskytl jeho přítel a mecenáš stavitel Josef Hlávka byt v jedné ze svých budov ve Vodičkově ulici č. 17, kde bývala známá Akademická kavárna.

Ač byl velmi krásný muž, Zeyer se nikdy neoženil. Jeho lásky jsou obestřeny tajemstvím. K jeho nejbližším přátelům patřila spisovatelka Anna Lauermannová-Mikschová, která obdivovala jeho dílo. Sama psala pod pseudonymem Felix Téver a své cenné vzpomínky na Zeyera uvedla v knize Lidé minulých dob. Později od něj odkoupila vilu v Liboci, když se ocitl ve finanční tísni. Obdivoval také zpěvačku Kalašovou. Je ale pravděpodobné, že v sobě skrýval náklonnost k mužům, což v jeho době bylo tabu. Zeyer nebyl stvořen pro tehdejší svět, žil dokonce i mimo okruh literatury své doby. Byl člověk křehké nátury, který obtížně snášel běžnou realitu života, člověk naprosto nepraktický. Vkusem byl aristokrat, obklopoval se krásnými starožitnými předměty, avšak citem byl socialista. Sám se prohlašoval za anarchistu. Toužil po ideálu, který nikde nenacházel. Zachraňovala ho jen jeho rodina a přátelé, zejména pak mecenáš architekt Josef Hlávka, který v jeho prospěch složil částku, z níž mu plynul roční důchod. Původně patřil mezi jeho přátele i Jaroslav Vrchlický, s ním se však později rozešel. Velmi blízký mu byl Josef Sládek, malířka Zdenka Braunerová a sochař František Bílek, také umělci z okruhu jeho bratra architekta Jana Zeyera, jako Václav Brožík či sochař Josef Václav Myslbek.

Touha žít na venkově se mu splnila v roce 1887, kdy žil s přestávkami asi 12 let v krásné krajině ve Vodňanech, mezi dobrými přáteli, kde se léčil z těžkých depresí a kam se rád vracel ze svých cest. Zde navázal přátelství s básníkem Otakarem Mokrým a prozaikem a lékárníkem Františkem Heritesem. Po své poslední cestě v roce 1899 se vrátil postonávající a stárnoucí básník, jak doufal, definitivně do Vodňan, ale brzy se odtud odstěhoval do pražského pohodlí u sestry Heleny v Rumunské ulici 8. Těžce nemocného se ho v posledních dnech ujala jeho sestra Helena Zeyerová Jungfeldová, u níž dožil svůj život. Zemřel v 60 letech, byl jako první pochován na Vyšehradském Slavíně. Z výtěžku Zeyerova díla, vydávaného po jeho smrti, byl dotován Zeyerův fond pro debutující autory.