Родители Аксельрода иммигрировали в США из Галиции. Джулиус получил звание бакалавра в нью-йоркском Сити-колледже в 1933г. В связи с ограничениями на приём евреев он не смог поступить в медицинский колледж, работал сначала лаборантом на кафедре бактериологии медицинского колледжа Нью-Йоркского университета, а с 1935 г. химиком в лаборатории промышленной гигиены, одновременно занимаясь изучением медицины. В 1941г. он получил степень магистра в Нью-Йоркском университете.

    С 1946г. Аксельрод работал в научно-исследовательском отделе Нью-Йоркского университета, где проводил биохимические исследования. Через три года продолжил работу в Национальном кардиологическом институте в штате Мэриленд. В 1955 Аксельрод получил докторскую степень и возглавил отдел фармакологии одной из лабораторий Национального института психического здоровья.
    К этому времени уже были открыты вещества, играющие роль медиаторов - адреналин, норадреналин, дофамин, ацетилхолин, серотонин. Но свойства этих веществ ещё не были изучены. Работы Дж. Аксельрода уточнили механизм действия психотропных веществ, используемых для лечения шизофрении, маниакальных и депрессивных состояний. Он обнаружил, что такие вещества, как кокаин и резерпин, участвуют в обмене катехоламинов, изменяя, в частности, содержание медиатора в пузырьках и скорость его выделения. В конце 1960-х гг. Аксельрод изучает влияние медиаторов на выработку гормонов. Его работы продвинули исследования причин психических расстройств.
    В 1970г. Аксельрод был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине (совместно с Бернардом Кацем и Ульфом фон Эйлером) за "открытия, касающиеся гуморальных передатчиков в нервных окончаниях и механизмов их хранения, выделения и инактивации". Аксельрод был членом Лондонского королевского общества и Американской академии наук и искусств. Он был также награжден Международной премией Гарднеровского фонда, премией Университета Джорджа Вашингтона, удостоен медали Клода Бернара Монреальского университета, награжден премией Альберта Эйнштейна Университета Ешива, и др.
   

Вне Нью-Йорка

Памятный знак на Бульваре Нобелевских Лауреатов в Ришон ле-Ционе, Израиль.