Giulio Terzi di Sant’Agata ukończył prawo na Uniwersytecie Mediolańskim, specjalizując się w prawie międzynarodowym[1]. W 1973 rozpoczął pracę w służbach dyplomatycznych, początkowo jako urzędnik ds. protokołu dyplomatycznego we włoskim Ministerstwie Spraw Zagranicznych. W 1975 został mianowany pierwszym sekretarzem ds. politycznych w ambasadzie Włoch w Paryżu.
W 1978 powrócił do Rzymu. W późniejszym czasie przez pięć lat pełnił funkcję doradcy handlowego i gospodarczego Włoch w Kanadzie. W 1986 w czasie wystawy Expo 86 w Vancouver pełnił rolę konsula generalnego. W 1987 po powrocie do Włoch pracował najpierw w Departamencie Spraw Gospodarczych MSZ, a następnie jako szef jednego z biur w Departamencie Kadr i Zasobów Ludzkich.
Tuż po zakończeniu zimnej wojny został mianowany doradcą politycznym przy Misji Włoch w Radzie Północnoatlantyckiej w kwaterze NATO w Brukseli. W latach 1993–1998 przebywał w Nowym Jorku we Włoskiej Misji przy ONZ, początkowo jako pierwszy doradca ds. politycznych, a następnie jako minister oraz zastępca stałego przedstawiciela. W tym czasie Włochy sprawowały mandat niestałego członka Rady Bezpieczeństwa ONZ. W latach 2002–2004 zajmował stanowisko ambasadora Włoch w Izraelu[1].
W latach 2007–2008 przewodniczył włoskiej delegacji w Radzie Bezpieczeństwa ONZ, gdy Włochy ponownie pełniły mandat jej niestałego członka. Od sierpnia 2008 do września 2009 pełnił funkcję Stałego Przedstawiciela Włoch przy ONZ w Nowym Jorku. 1 października 2009 objął stanowisko ambasadora Włoch w Stanach Zjednoczonych[1].
16 listopada 2011 objął urząd ministra spraw zagranicznych w rządzie premiera Mario Montiego[2][3]. 26 marca 2013 Giulio Terzi di Sant’Agata podał się do dymisji po kryzysie dyplomatycznym związanym z decyzją w sprawie odesłania do Indii dwóch włoskich żołnierzy podejrzanych o zabójstwo dwóch hinduskich rybaków[4].
W 2014 został członkiem władz krajowych prawicowego ugrupowania Bracia Włosi[5]. W 2022 z jego rekomendacji wybrany w skład Senatu[6].