Родилась 27 ноября 1960 г. в г. Днепропетровске Украинской ССР.
Фамилия при рождении Григян, перед окончанием школы взяла фамилию матери Телегина.
В 1984 г. окончила экономический факультет Днепропетровского государственного университета по специальности "экономист-кибернетик".
Кандидат экономических наук (тема диссертации "Государственное регулирование налоговой системы"), защита состоялась в 2003 г. в Киевском национальном университете им. Т.Г. Шевченко.
В 1984-89 гг. работала инженером-экономистом Днепропетровского машиностроительного завода им. Ленина. В 1989-91 гг. — коммерческий директор молодежного центра "Терминал" в Днепропетровске. В 1991-95 гг. — коммерческий директор, генеральный директор корпорации "Украинский бензин".
С ноября 1995 г. президент промышленно-финансовой корпорации "Единые энергетические системы Украины" (ЕЭСУ), занимавшейся поставками энергоносителей. В декабре 1996 г. избрана в Верховную раду II созыва по одномандатному округу в Кировоградской области, вскоре покинула пост в ЕЭСУ.
В середине 1997 г. вошла в руководство Всеукраинского объединения "Громада", лидером которого был экс-премьер страны Павел Лазаренко. В марте 1998 г. избрана от "Громады" в Верховную раду III созыва, где возглавила бюджетный комитет. В январе 1999 г. подала заявление о выходе из "Громады", в марте 1999 г. основала и возглавила депутатскую фракцию "Батькивщина" ("Отчизна"). В июле 1999 г. была учреждена политическая партия "Всеукраинское объединение "Батькивщина" (зарегистрирована в сентябре 1999 г.) . 18 декабря того же года Юлия Тимошенко была избрана главой партии.
С декабря 1999 г. вице-премьер-министр Украины в правительстве Виктора Ющенко, курировала топливно-энергетический комплекс.
5 января 2001 г. Генпрокуратура Украины возбудила против Тимошенко уголовное дело за контрабанду и подлог документов в период ее работы в ЕЭСУ. 19 января освобождена от должности вице-премьера, 13 февраля арестована. 2 апреля 2001 г. освобождена из-под стражи, суд признал обвинения против нее несостоятельными (окончательно уголовные дела закрыты в январе 2005 г.)
В марта 2002 г. избрана в Верховную раду IV созыва парламент Украины по списку Блока Юлии Тимошенко (БЮТ). Ее избирательный блок, в который вошли партии "Батькивщина", "Собор" и Украинская социал-демократическая партия, получил на выборах Рады 7,26% голосов.
С ноября 2004 г. по январь 2005 г. была одним из лидеров так называемой "оранжевой революции", результатом которой стало повторное голосование на президентских выборах и победа ее соратника Виктора Ющенко. В январе-феврале 2005 г. исполняла обязанности премьер-министра Украины. С 4 февраля 2005 г. премьер-министр Украины. Вскоре, в стране возник целый ряд экономических проблем, усилились разногласия между президентом и премьером. В итоге 8 сентября 2005 г. президент Украины Виктор Ющенко отправил правительство Тимошенко в отставку.
В марте 2006 г. Юлия Тимошенко вновь избрана в Верховную раду V созыва по списку БЮТ (блок занял на выборах второе место, получив 22,29% голосов). После неудачной попытки создать коалицию парламентского большинства с блоком "Наша Украина" и фракцией Социалистической партии Украины Тимошенко возглавила оппозиционную парламентскую фракцию БЮТ.
30 сентября 2007 г. на внеочередных парламентских выборах опять избрана депутатом по списку БЮТ (Рада VI созыва). Ее блок получил 30,71% голосов и сформировал вторую по численности фракцию. В ноябре фракция БЮТ вошел в коалицию с пропрезидентским блоком "Наша Украина — Народная самооборона". Новая коалиция получила большинство в парламенте и 18 декабря 2007 г. Юлия Тимошенко была вновь утверждена в должности премьер-министра.
В начале 2010 г. баллотировалась на пост президента от партии "Всеукраинское объединение "Батькивщина". В первом туре 17 января 2010 г. за нее проголосовали 25,05% избирателей и Юлия Тимошенко вышла во второй тур, где набрала 7 февраля набрала 45,47% голосов. Победителем выборов стал Виктор Янукович, за которого во втором туре проголосовали 48,95%.
3 марта 2010 г. Верховная рада выразила недоверие правительству Тимошенко, 11 марта — освободила ее от обязанностей премьер-министра. 9 марта на вече народно-патриотических сил Юлия Тимошенко избрана лидером объединенной демократической оппозиции.
11 апреля 2011 г. в отношении Юлии Тимошенко Генпрокуратурой Украины было возбуждено уголовное дело по фактам злоупотребления властью и превышения служебных полномочий при заключении газовых контрактов с РФ в 2009 г. 5 августа 2011 г. арестована, 11 октября осуждена на 7 лет лишения свободы с лишением права занимать должности во власти еще в течение 3 лет. Отбывала наказание в женской исправительной колонии в Харькове.
12 октября 2011 г. против Тимошенко также было возобновлено дело о деятельности корпорации ЕЭСУ.
В конце февраля 2014 г., после переворота в Киеве и бегства президента Украины Виктора Януковича, Верховная рада приняла решение об освобождении Тимошенко. В тот же день 22 февраля Тимошенко вышла на свободу и прилетела в Киев, где выступила перед сторонниками "евромайдана". Вскоре все уголовные дела против нее были закрыты, судимость снята.
На внеочередных президентских выборах 25 мая 2014 г. заняла второе место (12,81% голосов), уступив действующему президенту Украины Петру Порошенко (54,7%).
26 октября 2014 г. избрана депутатом Верховной рады VIII созыва от партии "ВО "Батькивщина". С 27 ноября 2014 г. - председатель фракции "ВО "Батькивщина".
22 января 2019 г. на съезде партии "Батькивщина" выдвинута кандидатом на пост президента Украины. На выборах 31 марта 2019 г. заняла третье место (13,40% голосов), уступив шоумену Владимиру Зеленскому (30,24%) и действующему президенту Украины Петру Порошенко (15,95%).
21 июля 2019 г. была избрана депутатом Верховной рады IX созыва от партии "Батькивщина" (возглавляла партийный список).
Замужем. Муж - Александр Тимошенко, бизнесмен, в начале 2012 г. получил убежище в Чехии. Дочь - Евгения Тимошенко, выпускница Лондонской школы экономики.