Родился 25 июля 1930 г. в дер. Улитино (Старицкий район Западной области РСФСР, ныне Тверская область РФ). В детстве вместе с родителями проживал в г. Калинине (ныне Тверь). После начала Великой Отечественной войны Михайловы были эвакуированы на Урал, где провели два года.
С 1946 по 1949 г. Юрий Михайлов посещал в г. Калинине боксерскую секцию, его наставником был Борис Мор.
В 1949 г. начал заниматься конькобежным спортом под руководством тренера Владимира Честного.
В 1951-1953 гг. проходил службу в рядах Советской армии. Демобилизовавшись, возобновил занятия конькобежным спортом. Специализировался на дистанциях 500 м и 1500 м.
В 1955 и 1956 гг. Юрий Михайлов становился призером первенства СССР.
20 января 1956 г. на международных соревнованиях в Давосе (Швейцария) установил мировой рекорд на дистанции 1500 м - 2 мин. 09,1 сек.
30 января 1956 г. на VII зимних Олимпийских играх в Кортина д'Ампеццо (Италия) разделил первое место на дистанции 1500 м с другим советским конькобежцем - Евгением Гришиным (1931-2005). Повторил мировой рекорд Гришина, установленный им в предыдущем забеге - 2 мин. 08,6 сек.
В 1961 г. Юрий Михайлов завершил спортивную карьеру.
В 1968 г. окончил факультет физического воспитания Калининского педагогического института (ныне Тверской государственный университет).
В 1969 г. стал директором детско-юношеской спортивной школы №4 г. Калинина, руководил ею более 30 лет.
Юрий Михайлов скончался 15 июля 2008 г. в Твери на 78-м году жизни. Похоронен на Дмитрово-Черкасском кладбище в пригороде Твери.
Заслуженный мастер спорта СССР (1956).
Был награжден медалью "За трудовую доблесть".
Был женат на Лидии Михайловой.