Le calendrier julien a été choisi par Jules César en 46 av. J.-C., en qualité de pontifex maximus, ce qui lui donnait la responsabilité de fixer le début de chaque année. Ce calendrier fut utilisé à partir de 45 av. J.-C. soit en 709 après la fondation de Rome selon le calendrier romain.
Il a été choisi par Jules César sur les conseils de son astronome Sosigène d'Alexandrie et a probablement été prévu pour refléter une certaine année tropique, avec une année standard de 365 jours divisée en 12 mois et un « jour intercalaire » ajouté tous les 4 ans. Le calendrier est resté en service jusqu'au XX siècle dans quelques pays. Toutefois, ce système ajoute trop d'années bissextiles par rapport aux saisons astronomiques ; elles se produisent environ 11 minutes plus tôt chaque année. Il paraîtrait que César était au courant de ce décalage, mais n'y accordait que peu d'importance.
Au XVI siècle, le calendrier grégorien fut introduit pour améliorer son exactitude en ce qui concerne la période de l'équinoxe, mais les changements furent relativement mineurs. Dans les pays anglo-saxons, l'appellation Old Style (vieux style, abrégé O.S.), par opposition au New Style (nouveau style, abrégé N.S.) pour le calendrier grégorien, est employée quand il y a une confusion au sujet de la date.
Divers systèmes de numérotation des années ont été employés avec le calendrier julien, commençant par l'ab urbe condita, c'est-à-dire "à partir de la fondation de la ville" (date supposée de la fondation de Rome) ou l'année de règne du souverain en fonction.
Dioclétien a institué l'"anno Diocletiani", numérotant à partir du commencement de son règne, qui semble être resté utilisé après sa mort. Aux alentours de 527, Dionysius Exiguus a proposé le système de l’anno Domini, c'est-à-dire "année du Seigneur", qui s'est graduellement répandu dans le monde chrétien. Les années ont été numérotées à partir de la date supposée de l'incarnation ou de l'annonce du Christ, le 25 mars de l'an 1 (soit 753 ans 'ab urbe condita).
Le calendrier romain précédemment utilisé possédait diverses règles, y compris deux longueurs différentes pour les mois intercalaires ainsi que des modifications de durée du mois de février pendant certaines années bissextiles. Ceci était encore rendu plus compliqué par la politique, avec pour résultat que le calendrier prit 90 jours de retard par rapport à sa définition originale (67 jours plus 23 jours du mois intercalaire de cette année). Afin de réaligner le calendrier à ce que les Romains considéraient comme saisons correctes, 90 jours ont été insérés. En raison de sa longueur peu commune de 455 jours, cette année extra-longue était, et est, désignée sous le nom de l'année de la confusion.
Bien que le nouveau calendrier fût beaucoup plus simple que l'ancien calendrier romain, les pontifes, un groupe de prêtres qui était responsable de maintenir le calendrier dans la société romaine et chargés de mettre en application le nouveau calendrier ont apparemment mal compris l'algorithme : ils rajoutèrent un jour intercalaire tous les 3 ans au lieu de tous les 4 ans. Ceci a eu comme conséquence un excédent de jours intercalaires. Auguste a remédié à cette anomalie en sautant plusieurs jours intercalaires après 36 ans de telles erreurs. Il est probable qu'il ait décidé de sauter ces jours intercalaires dans la période de douze ans allant de 9 av. J.-C. à 3 ap. J-C.. Ainsi l'ordre historique des années bissextiles (années avec un jour intercalaire) a probablement été le suivant : 43 av. J.-C., 40 av. J.-C., 37 av. J.-C., 34 av. J.-C., 31 av. J.-C., 28 av. J.-C., 25 av. J.-C., 22 av. J.-C., 19 av. J.-C., 16 av. J.-C., 13 av. J.-C., 10 av. J.-C., 4, 8, 12 etc., ou si l'on peut faire confiance aux écrits sur papyrus de l'Égypte romaine : 44 av. J.-C., 41 av. J.-C., 38 av. J.-C., 35 av. J.-C., 32 av. J.-C., 29 av. J.-C., 26 av. J.-C., 23 av. J.-C., 20 av. J.-C., 17 av. J.-C., 14 av. J.-C., 11 av. J.-C., 8 av. J.-C., 4, 8, 12 etc.
En raison de la contribution importante de Jules César et d'Auguste au calendrier, les romains ont par la suite baptisé deux mois du nom de chacun d'eux, retirant Quintilis et Sextilis, le cinquième mois et le sixième mois, mars étant le premier et les renommant par Iulius en 38 av. J.-C. et Augustus en 8 av. J.-C.. Il est à remarquer qu'il n'existe pas d'année 0, parce que les Romains ne le connaissaient pas : la première année précédant l'an 1 se nomme l'an 1 avant J.C.
L'arrangement des mois dans le calendrier julien a probablement été très régulier, alternant des mois longs et courts avec une exception à la fin de l'année en février. Comme les Romains comptaient les jours à l'envers, pour savoir combien il en restait avant telle ou telle date fixe, par rapport aux calendes, en l'occurrence le 1er mars, le 24 février était le sixième jour avant celui-ci. Le jour intercalaire devint alors, sixième jour bis avant le début mars, et l'année marquée par cet ajout au calendrier devint annus bissextilis. Mars était le premier mois car le début de l'année commençait avec la reprise de la guerre rendue possible par le retour des beaux jours. Plus tard, janvier, mois d'élection des magistrats, pris sa place.
De janvier à décembre, les longueurs de mois, selon Sacrobosco, étaient les suivantes:
La plupart des érudits mettent Sacrobosco en doute sur ce point. Il est probable qu'il y ait confusion avec les longueurs des 10 mois de l'année romaine originelle. En effet, en refaisant le compte, il manque un jour.
Il est plus probable que l'année selon Jules César ait alterné exactement les mois de 30 et 31 jours (29 pour février les années non-bissextiles).
La légende veut qu'en 8 av. J.-C. lorsque le Sénat a 'offert' Sextilis à Auguste, il a été décidé qu'il méritait autant de jours que Jules. Ce qui a changé la longueur des jours en reportant le décalage jusqu'à février : 31, 28(29), 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, et 31 nous donnant les longueurs irrégulières de mois que nous employons toujours aujourd'hui.
Une chose qui n'a pas été changée par le changement du vieux calendrier romain en nouveau calendrier julien était les dates des Nones et des Ides. En particulier, les Ides sont tardifs (le 15e plutôt que le 13e) en mars, mai, juillet et octobre. Ceci suggère que ces mois aient toujours eu 31 jours dans le calendrier julien.
Le calendrier julien était d'utilisation générale en Europe du temps de l'Empire romain jusqu'en 1582, quand le pape Grégoire XIII a promulgué le calendrier grégorien, qui fut rapidement adopté par la plupart des pays catholiques. À cette époque, pour que la fête de Pâques tombe le 21 mars, jour de l'équinoxe de printemps, le pape décide de retirer 3 jours bissextiles tous les quatre siècles, et de supprimer les jours entre le jeudi 4 et le vendredi 15 octobre 1582. Cette année-là, seuls l'Italie, le Portugal et l'Espagne suivent les conseils du pape, en France, Henri III enlèvera ces jours en décembre.
Les pays protestants ont suivi plus tard et les orthodoxes encore plus tard. La Suède a adopté le calendrier grégorien en 1753, mais a également utilisé son propre calendrier julien modifié entre le 1 mars 1700 et le 29 février 1712. La Russie continua d'utiliser le calendrier julien jusqu'à la révolution russe, qui s'appelle ainsi la révolution d'octobre mais s'est produite en novembre selon le calendrier grégorien. Les Églises orthodoxes d'orient ont continué d'employer le calendrier julien jusqu'en 1923, quand beaucoup ont adopté leur propre calendrier julien révisé plutôt que le grégorien.
Pâques, Noël et la nouvelle année sont encore calculés selon le calendrier julien dans les Églises orthodoxes orientales, et quelques Églises orthodoxes orientales continuent à employer le calendrier julien pour toutes leurs dates civiles.