Edukację artystyczną rozpoczął od lekcji rysunku pobieranych we Lwowie u Jana Maszkowskiego studiując równolegle prawo na miejscowym uniwersytecie. Jako protegowany Kazimierza i Juliusza Dzieduszyckich oraz Gwalberta Pawlikowskiego przebywał w latach 1844-1850 w ziemiańskich majątkach w Małopolsce, na Podolu, Wołyniu i Ukrainie, obserwując obyczaje arystokracji i codzienne życie w szlacheckich dworach. Jego zainteresowanie studium koni oglądanych podczas polowań, przejażdżek i wyścigów pogłębiła znajomość zawarta z Piotrem Michałowskim ok. 1843/1844; podczas wizyty w majątku ziemskim Michałowskiego w Bolestraszycach Kossak poznał warsztat twórczy artysty. W 1848 zamanifestował swą patriotyczną postawę uczestnicząc w wydarzeniach Wiosny Ludów we Lwowie. Podczas paromiesięcznego pobytu w Petersburgu pomiędzy 1849 i 1851 zwiedzał wielkie kolekcje sztuki europejskiej; jego uwagę przyciągnęło barokowe malarstwo batalistyczne i sceny myśliwskie w obrazach Flamanda Adama Fransa van der Meulena. W okresie 1850-1852 mieszkał na przemian we Lwowie i Warszawie. W 1852 odbył podróż do Wiednia, gdzie przypuszczalnie doskonalił swe umiejętności malarskie w pracowni Ferdynanda G. Waldmüllera; odwiedził też Węgry, a na przełomie 1852/1853 Paryż. Okres 1853-1855 spędził w Warszawie wchodząc w krąg artystów skupionych wokół Marcina Olszyńskiego, m.in. Franciszka Kostrzewskiego, Wojciecha Gersona, Henryka Pillatiego i Józefa Szermentowskiego, którzy przyjęli postawę obiektywnej obserwacji otaczającej rzeczywistości i w realistycznej konwencji utrwalali widoki polskich krajobrazów i rodzimej wsi.
Kossak trudnił się zarobkowo podmalowywaniem fotografii dla zakładu fotograficznego Józefa Giwartowskiego; współpracował też z firmą J. Frageta. Po zaślubieniu w 1855 roku Zofii Gałczyńskiej wyjechał do Paryża, gdzie mieszkał do 1860; w paryskim środowisku emigracyjnym związał się z Józefem Brandtem, Henrykiem Rodakowskim i Leonem Kaplińskim. Na jego warsztat malarski - ukształtowany w dużej mierze pod wpływem angielskiej grafiki hippicznej - oddziałała teraz sztuka Horace'a Verneta.
Po powrocie do Warszawy artysta zdobył olbrzymią popularność jako ilustrator czasopism, przyczyniając się w znacznym stopniu do rozkwitu tej dyscypliny artystycznej. Współpracował przede wszystkim z "Tygodnikiem Ilustrowanym", "Przyjacielem dzieci" i "Kłosami", dla których dokumentował bieżące wydarzenia, przedstawiał epizody z rycerskich dziejów narodu oraz sielskie sceny z życia współczesnego ziemiaństwa. Ilustrował też szereg wydawnictw książkowych z zakresu literatury, historii i krajoznawstwa, m.in. Słowackiego "Jana Bieleckiego" (1857), Byrona "Mazepę" (1858), Pola "Pacholę hetmańskie" (Warszawa 1862) i "Mohorta" (Lwów 1883), Niemcewicza "Śpiewy historyczne" (1876; wspólnie z H. Pillatim), Kraszewskiego "Grzechy hetmańskie" (1879), Mickiewicza "Grażynę" (1890), "Konrada Wallenroda" (1890) i "Ballady i romanse" (1891; wspólnie z A. E. Andriollim i C. Jankowskim), Sienkiewicza "Ogniem i mieczem" (1898) oraz album "Klejnoty miasta Krakowa" (1886; wspólnie z S. Tondosem). W latach 1862-1868 kierował działem artystycznym "Tygodnika ilustrowanego" i kształcił w zakresie rysunku drzeworytników pisma. Pedagogiczne obowiązki podjął także w żeńskiej szkole rysunkowej hr. Marii Łubieńskiej.
W 1867 udał się do Paryża na wystawę światową, w 1868 wyjechał do Wiednia, a następnie do Monachium, gdzie w 1869 wraz z Maksymilianem i Aleksandrem Gierymskim oraz Józefem Brandtem malował w atelier znanego batalisty Franza Adama. Ostatecznie osiadł w Krakowie, gdzie utrwalił swą pozycję jako malarz historycznych epizodów, scen rodzajowych i reprezentacyjnych portretów. Bliskie kontakty z Brandtem pogłębiły wspólne wyprawy po wschodnich obszarach Galicji, m.in. do Lwowa, Żółkwi, Podhorców i Stanisławowa (1871), oraz do Bałty i Chocimia (1874). Włączył się w nurt krakowskiego życia kulturalnego, m.in. wspierał inicjatywę założenia Muzeum Narodowego, a od 1880 pełnił dożywotnio funkcję prezesa Koła Artystyczno-Literackiego. W 1890 - z okazji czterdziestolecia pracy artystycznej - został uhonorowany medalem Franciszka Józefa. Debiut wystawienniczy Kossaka miał miejsce w 1847 we Lwowie; od 1854 prezentował swe prace w krakowskim Towarzystwie Przyjaciół Sztuk Pięknych, zaś od 1860 - w warszawskim Towarzystwie Zachęty Sztuk Pięknych. Pokazywał swe dzieła ponadto w warszawskich salonach A. Krywulta (od 1880) i J. Ungra. Uczestniczył w wystawach we Lwowie (od 1868), Poznaniu (m.in. 1866, 1895) i Łodzi (1898). Brał udział w międzynarodowych ekspozycjach w Paryżu (m.in. 1867, 1890), Dreźnie (1868), Wiedniu (1873, 1888, 1893) i Berlinie (1891). O wysokiej pozycji, jaką zajął na polskiej scenie artystycznej świadczyły m.in. retrospektywne wystawy artysty urządzone w 1899 we Lwowie, Krakowie i Warszawie, w 1924 - w Warszawie i Krakowie, w 1925 - we Lwowie, zaś w 1933 - w Warszawie i Lwowie.
Juliusz Kossak był nestorem rodu twórców (Wojciech Kossak, Zofia Kossak, Jerzy Kossak, Maria Pawlikowska-Jasnorzewska, Magdalena Samozwaniec) postrzeganego jako ostoja polskiej tradycji.
Będąc w istocie samoukiem wypracował w oparciu o obserwację natury i konwencje obrazowania europejskich mistrzów stylistykę, która stała się punktem wyjścia i odniesienia dla wielu rodzimych malarzy, w głównej mierze dla akwarelistów. Finezja warsztatowa, perfekcyjny rysunek i wirtuozowskie opanowanie trudnej techniki akwarelowej należały do wyróżników sztuki Kossaka.
O przynależności artysty do grona koryfeuszy polskiej kultury zadecydowała przede wszystkim podejmowana przez niego tematyka. Artysta przedstawiał w sentymentalno-realistycznej konwencji wątki typowe dla życia polskiej wsi wiernie oddając realia rodzimego pejzażu, utrwalał charakterystyczne cechy obyczajowości polskiej szlachty, upamiętniał sceny polowań i konnych przejażdżek galicyjskiego ziemiaństwa, stworzył obfitą galerię konnych wizerunków szlachetnie urodzonych Polaków, wreszcie zachował dla pamięci pokoleń heroiczne momenty ojczystej historii malując wielkie bitwy polskich wodzów. W warunkach narodowej niewoli bogata narracja tych przedstawień - eksponujących polski "kostium", lecz pozbawionych dramatyzmu i martyrologicznych akcentów - służyła kultywowaniu polskości.
Tworząc tę swoistą, wybiórczą charakterystykę Polaków, Kossak sięgał po inspiracje do rodzimej literatury, szczególnie do utworów Wincentego Pola We wszystkich okresach twórczości i wszelkich odmianach tematycznych centralnym motywem obrazowania artysty pozostawał koń; perfekcyjnie narysowana i wymodelowana sylwetka konia - uchwycona w ruchu lub "upozowana" do portretu - zyskała w sztuce Kossaka rangę synonimu polskości. Sceny polowań i wyścigów wykonywane przez artystę w latach 1843-1855 cechowała stylistyczna zależność od angielskich rycin poświęconych tej tematyce, bardzo popularnych w kontynentalnej Europie; sztywność rysunku i schematyzm kompozycji im właściwy ustępują w drugiej połowie lat 1850-ych miejsca miękkiej linii trafnie opisującej kształty i subtelnemu modelunkowi światłocieniowemu.