Родился 4 марта 1965 г. в гор. Балхаше Казахской ССР (ныне Республика Казахстан).
Среднюю школу окончил в Актюбинске (ныне Актобе, Республика Казахстан). В школьные годы занимался в радиошколе ДОСААФ и Школе юных летчиков им. В. И. Пацаева при Актюбинском высшем летном училище гражданской авиации (ныне Военный институт Сил воздушной обороны им. Т. Я. Бегельдинова).
Образование, ученая степень
В 1986 г. Юрий Лончаков окончил Оренбургское высшее военное авиационное училище летчиков (ВВАУЛ) им. И. С. Полбина (расформировано в 1993 г.) по специальности "командная тактическая морской ракетоносной авиации". По окончании в 1998 г. Военно-воздушной инженерной академии им. Н. Е. Жуковского (ВВИА; ныне Военно-воздушная академия им. профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина) получил квалификацию летчика-инженера-исследователя (специальность "испытания летательных аппаратов и их систем"). В 2006 г. окончил Российскую академию государственной службы при президенте РФ (ныне Российская академия народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ) по специальности "государственное и муниципальное управление".
Доктор технических наук. В 2004 г. в Московском государственном техническом университете гражданской авиации защитил кандидатскую диссертацию на тему "Управление состоянием авиационных комплексов как эргатических объектов на основе единого обобщенного оптимального алгоритма с целью повышения эффективности их функционирования и минимизации эксплуатационных затрат". Докторскую диссертацию защитил в 2010 г. (информация о ней не публиковалась).
Служба в морской авиации и ПВО
После окончания Оренбургского ВВАУЛ служил в ВВС Балтийского флота СССР. С декабря 1986 г. - помощник командира, с февраля 1989 г. - командир корабля 12-го отдельного морского ракетоносного авиационного полка (г. Остров, Псковская обл.), летал на стратегическом бомбардировщике Ту-16. С июня 1989 г. - командир корабля эскадрильи самолетов Ту-16 в составе 240-го гвардейского морского ракетоносного авиационного полка (г. Быхов, Могилевская обл., Белорусская ССР). С марта по июль 1991 г. - старший летчик 15-го отдельного дальнеразведывательного авиаполка (г. Калининград).
С июля 1991 г. по 1995 г. проходил службу в частях войск противовоздушной обороны (ПВО) СССР, затем России. Был старшим летчиком фронтового бомбардировщика Су-24М, командиром авиаотряда Отдельного государственного испытательного центра ПВО (г. Приозерск, Казахстан), служил в эскадрилье самолетов Ту-16 и Су-24. В 1994-1995 гг. - командир корабля), затем командир авиаотряда 144-го отдельного полка ПВО самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления А-50 (г. Печора, Республика Коми).
Военный летчик I класса (1992), инструктор парашютно-десантной подготовки, полковник запаса. Освоил шесть типов самолетов и их модификации, налетал на авиатехнике более 1,5 тыс. часов. Выполнил более 520 прыжков с парашютом.
В отряде космонавтов
24 июня 1998 г. Юрий Лончаков был зачислен в отряд Центра подготовки космонавтов (ЦПК) им. Ю. А. Гагарина. 22 декабря 1999 г., пройдя курс общекосмической подготовки, был назначен на должность космонавта-испытателя. Затем был командиром отряда космонавтов (2003-2011) и одновременно инструктором-космонавтом-испытателем (2009-2013). В 2013 г. ему была присвоена квалификация космонавта I класса.
Свой первый полет в космос Лончаков совершил 19 апреля - 1 мая 2001 г. в составе экипажа американского шаттла Endeavour (миссия STS-100) в рамках строительства Международной космической станции (МКС).
30 октября - 10 ноября 2002 г. был бортинженером 4-й экспедиции посещения МКС (другие члены экипажа: Сергей Залетин и бельгиец Франк Де Винне). Стартовал на корабле "Союз ТМА-1", возвратился на Землю на "Союзе ТМ-34".
Последний полет состоялся 12 октября 2008 г. - 8 апреля 2009 г. в качестве командира корабля "Союз ТМА-13" и бортинженера 18-й основной экспедиции на МКС. Юрий Лончаков прибыл на орбитальную станцию вместе с американским астронавтом Майклом Финком (командир МКС-18) и участником 15-й экспедиции посещения, космическим туристом Ричардом Гэрриоттом (США). В ходе полета Лончаков дважды выходил в открытый космос.
В общей сложности за три орбитальных полета Юрий Лончаков налетал 200 суток 18 часов 36 минут 47 секунд, выполнил два выхода в открытый космос (общее время - 10 часов 25 минут).
В сентябре 2013 г. Юрий Лончаков выбыл из отряда космонавтов.
Деятельность после ухода из отряда
С октября 2013 г. был советником по пилотируемым программам руководителя Федерального космического агентства (с 2015 г. по н. в. - госкорпорация "Роскосмос") Олега Остапенко.
С апреля 2014 г. по октябрь 2017 г. занимал должность начальника Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина. Затем был советником генерального директора Роскосмоса Игоря Комарова, занимался проектами пилотируемой космонавтики в сфере международного сотрудничества.
Награды, почетные звания
Герой РФ (2003). Летчик-космонавт РФ (2003).
Награжден орденом "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2010), медалями "За отличие в военной службе" I степени, "За воинскую доблесть" I, II и III степеней , "За заслуги в освоении космоса" (2011).
Лауреат премии правительства РФ имени Ю. А. Гагарина в области космической деятельности (2016; "за создание технологии многосегментной подготовки к полету МКС").
Имеет орден "Достык" I степени (Казахстан, 2015), медаль "За космический полет" (НАСА, 2001).