Né en 1958 à Saint-Sébastien, il étudie tout d'abord la médecine avant de se consacrer entièrement au cinéma. Il commence par réaliser deux courts-métrages, Patas en la cabeza (1985) et Las Seis en punta (1987) puis un moyen-métrage, Martín (1988), financé par Elías Querejeta, producteur des films de Carlos Saura au cours des dernières années de la dictature franquiste.

Son premier long-métrage, Vacas, vaste fresque rurale qui s'étale sur une période de soixante ans (de la guerre carliste de 1875 à la guerre civile de 1936), interroge le caractère endogamique de la société basque. Le récit, en s'attachant à deux groupes familiaux vivant dans les montagnes, met en avant la violence sourde ou manifeste qui s'exprime à l'intérieur de cet univers clos et les relations incestueuses qui finissent par naître entre frère et sœur (interprétés par Carmelo Gómez et Emma Suárez). Avec ce premier film, plutôt insolite dans la production des jeunes cinéastes espagnols des années 1990, qui préfèrent s'intéresser au monde des citadins et ne cultivent guère le récit historique, Medem s'affirme comme un réalisateur doté d'une veine poétique et suscite l'intérêt du public comme de la critique, ce qui lui permet de tourner aussitôt son second film : L'Ecureuil rouge.

Sans rapport apparent avec son premier opus, L'Ecureuil rouge se présente comme un road-movie qui mène ses personnages de Saint-Sébastien à un camping et met en scène les désirs d'un homme (Jota), manipulant une jeune amnésique (Lisa) pour la métamorphoser en la femme de ses rêves. Si le récit relève essentiellement de la comédie et frôle parfois un certain fantastique, il témoigne à nouveau de la présence d'une violence qui pousse les protagonistes à la fuite, thématique récurrente dans le cinéma de Medem.

Avec Tierra, Medem semble aborder le rivage fantastique puisqu'il choisit comme protagoniste, Ángel, un homme qui dit avoir traversé le cosmos et qui converse continûment avec son double. Homme double, Ángel se trouve évidemment écartelé entre deux femmes : la sensuelle Mari (interprétée par Silke) et la plus prosaïque Ángela. Le film propose un récit énigmatique, joue avec des couleurs et des images surprenantes : Ángel, dans sa combinaison, semble tout droit sorti d'une expédition lunaire alors qu'il se trouve sur terre en train d'éradiquer la cochenille qui attaque les vignes.

C'est avec Les Amants du cercle polaire que Medem connaît son premier grand succès d'audience : le récit, composé à partir du double point de vue d'Ana et Otto, narre la naissance d'un amour fou, nourri de métempsychose et de mythes. Cependant, Les Amants du cercle polaire relate une relation amoureuse qui ne trouve son terme que dans la tragédie ; semblant partir de cette même fin (un accident de voiture), Lucía et le sexe s'affirme au contraire comme la possibilité pour le couple d'accéder au bonheur. Tourné avec des caméras numériques, Lucía et le sexe va poursuivre l'exploration d'une construction narrative complexe qui mêle divers plans d'énonciation.

Caótica Ana, sa dernière fiction sortie sur les écrans espagnols pour le moment, se présente comme l'aboutissement des divers scénarios déjà tournés : Ana, une jeune artiste peintre, va avoir accès à ses vies antérieures et rappeler à l'Espagne un conflit oublié, celui du Sahara occidental, ancienne colonie. Comme Ángel (Tierra) qui se dédoublait, Otto et Ana (Les Amants du cercle polaire) qui cherchaient à répéter la relation d'amants mythiques, Ana fait la douloureuse expérience de l'altérité tout en restant elle-même.

La Pelote basque, documentaire sur le conflit que connaît le Pays basque du fait de la lutte armée menée par l'ETA, va être assez mal reçu en Espagne où la question est particulièrement sensible. Medem a présenté la naissance de ce documentaire comme le fruit d'une nécessité personnelle du fait de ses origines basques, et déclaré qu'il avait cherché à ouvrir un dialogue indirect entre Espagnols : les indépendantistes d'un côté, et ceux qui souffrent du climat de violence au Pays basque de l'autre. Le documentaire a cependant été jugé par beaucoup comme partial et trop favorable à la version indépendantiste. La Pelote basque, qui s'appuie notamment sur des images de la nature, constitue comme un intertexte de certains segments narratifs de ses films de fiction.

En effet, l'univers que mettent en scène ses films est souvent en relation avec une nature peu présente dans la majeure partie des productions espagnoles. Cette nature tend à s'apparenter à une sorte de refuge pour des personnages en fuite comme Jota, Lisa (L'Ecureuil rouge) ou Lucía, en quête d'identité comme Ángel (Tierra), ou en attente comme Ana (Les Amants du cercle polaire). Sans doute est-ce dans ses deux premiers films où elle joue un rôle symbolique majeur puisqu'elle apparaît comme une image des pulsions et des instincts des personnages. Ainsi, il n'est pas anodin que, dans Vacas et L'Ecureuil rouge, ce soit une forêt qui abrite les amours des protagonistes et révèle en quelque sorte leurs sentiments et leurs désirs : car la forêt, du fait de son obscurité, de son caractère touffu, est associée à l'inconscient.

Le cinéma de Medem se caractérise d'ailleurs par sa veine intimiste : ses films racontent avant tout les histoires d'amour que vivent les personnages. Ce sont leurs rêves, leurs espoirs, leurs souffrances ou leurs doutes qui l'intéressent plutôt que leur ancrage dans le monde. Ainsi, l'univers diégétique peut parfois renvoyer à des aspects concrets de la vie espagnole, mais ses personnages semblent comme en dehors de la société. Nous ne saurons pas de quoi vit Jota dans L'écureuil rouge, comment Otto devient pilote ou quel est le travail de son père dans Les Amants du cercle polaire ; et même lorsqu'un personnage est montré en train de travailler, comme Ángel dans Tierra, son activité semble renvoyer à un autre monde, "extra"-terrestre.

Julio Medem ne cherche pas à rendre compte de la société mais s'intéresse à la vérité des êtres, à leur monde intérieur. C'est pourquoi aussi, en partie, son cinéma a été qualifié de poétique : ses films mêlent images oniriques et récits d'événements, faisant parfois advenir de leur association le mystère, l'impossible. Ainsi, les premiers plans de Tierra, images du cosmos, accompagnées de la voix off d'Ángel, semblent annoncer l'atterrissage sur terre de ce personnage pourtant bien humain qui arrivera en simple camionnette ; quant aux faux-vrais raccords regard dans Vacas, ils traduisent la passion qui anime Ignacio et Catalina mais se moquent de la distance réelle qui sépare les deux fermes de chacun des personnages : le regard annule l'espace.

La poésie, le mystère surgissent aussi des trouvailles techniques et esthétiques. Ainsi, dans Vacas, le long travelling latéral qui révèle, à ras de terre ou à ras de fougères, un paysage où seule se trouve une vache, indifférente à l'activité humaine, nous plonge dans un monde que nous n'avons pas l'habitude de voir sous cette forme ; de même la fermeture à l'iris qui associe le regard des vaches à celui d'un appareil photo est une métaphore visuelle qui dérange notre perception habituelle et crée la surprise. Dans L'Ecureuil rouge, de rapides travellings correspondant à la course et au regard d'un écureuil décentrent notre perspective, l'animal semble devenir un personnage à part entière, observant avec curiosité, malice ou indifférence la vie mystérieuse des hommes. Dans Les Amants du cercle polaire, les tonalités bleue et blanche qui dominent l'image, lui conférant comme une froideur sans doute annonciatrice de la mort d'Ana, sont en opposition absolue avec la passion qu'éprouvent les personnages; mais cette passion peut cependant s'extérioriser de façon insolite dans le brame d'un renne qui prend corps à partir d'une photo de manuel. Enfin, dans Lucía et et sexe, les plans surexposés de l'île tendent à déréaliser un espace qui tout à la fois apparaît à l'écran mais dont les contours, la matière semblent disparaître sous la lumière.

Finalement, derrière la variété des histoires narrées, nous retrouvons aussi des constantes esthétiques et thématiques, une continuelle recherche sur la forme cinématographique, soit tout ce qui révèle un véritable auteur.