Julian R. Wagner wurde am 31. Januar 1980 in Darmstadt geboren. Nachdem er in jungen Jahren seine Leidenschaft für Film und Architektur entdeckt hatte, sammelte er durch Praktika im Film- und Fotobereich erste praktische Erfahrungen. Von 2001 bis 2005 studierte er Design an der Libera Universitá di Bolzano (Italien). Von 2007 bis 2010 folgte ein Szenenbild-Studium an der Filmakademie Baden-Württemberg in Ludwigsburg; 2009 erhielt er dort ein Stipendium für einen Masterclass-Workshop an der University of California in Los Angeles, USA. Während des Studiums war Wagner Szenenbildner bei mehreren Kurzfilmen, etwa bei Nikias Chryssos' preisgekröntem "Der Großvater" (2008). 

Nach seinem Abschluss begann Wagner als freier Szenenbildner zu arbeiten. Seine erstes Szenebild bei einem abendfüllenden Spielfilm war für das Drama "Die Farbe des Ozeans" (2011, Regie: Maggie Peren), das ihm bei den Hofer Filmtagen prompt den Förderpreis Deutscher Film einbrachte.  

In den folgenden Jahren entwarf Wagner die Szenebilder bei einer Reihe sehr unterschiedlicher Filme. Die Bandbreite reichte von dem Murat-Kurnaz-Drama "5 Jahre Leben" (2012) über das Rennsport-Abenteuer "V8 – Du willst der Beste sein!" (DE/CH 2013) bis zu dem düsteren Märchenfilm "Das kalte Herz" (2017) und der kunterbunten Comicverfilmung "Papa Moll und die Entführung des fliegenden Hundes" (CH/DE 2017). Daneben zeichnete er über die Jahre bei einer Reihe von Werbefilmen als Szenenbildner verantwortlich. 

2018 begann Wagner mit der Arbeit an Tim Fehlbaums Science-Fiction-Thriller "Tides", über eine Astronautin, die aus einer Weltraumkolonie auf die zerstörte Erde entsandt wird. "Tides" wurde im Rahmen der digitalen "Corona-Berlinale" 2021 uraufgeführt. Der Kinostart folgte im Sommer 2021. Im Oktober des gleichen Jahres gewann Wagner den Deutschen Filmpreis in der Kategorie Bestes Szenenbild. 

Weniger erfolgreich war 2021 die deutsche, postapokalyptische Netflix-Serie "Tribes of Europa", die zwar aufwändig inszeniert war, aber bereits nach der ersten Staffel eingestellt wurde. Auch die mit internationaler Beteiligung produzierte mehrteilige Fernsehadaption des Bestsellers "Der Schwarm" von Frank Schätzing mit Leonie Benesch in der Hauptrolle erhielt gemischte Rezensionen, wurde aber mit dem Deutschen Fernsehpreis 2023 in der Kategorie Fiktion als bester Mehrteiler ausgezeichnet.  

Julian R. Wagner selbst erhielt 2025 erneut direkte Anerkennung für seine Arbeit: Für das Szenenbild von "September 5" wurde er gemeinsam mit der Ausstatterin Melanie Raab, mit der er bereits an mehreren der zuvor genannten Produktionen zusammengearbeitet hatte, für den Deutschen Filmpreis nominiert. Das international erfolgreiche Drama über das Olympia-Attentat in München 1972, bei dem Wagner und Raab nach "Tides" erneut mit Regisseur Tim Fehlbaum zusammenarbeiteten, wurde im März 2025 mit dem Oscar für das Beste Originaldrehbuch ausgezeichnet. Neben Wagners und Raabs Auszeichnung für das Beste Szenenbild gewann der Film acht weitere Lolas beim Deutschen Filmpreis 2025 – darunter in der Kategorie Bester Film.