Родился 9 октября 1957 г. в гор. Донецке (Ростовская обл.).
В 1985 г. окончил факультет "Летательные аппараты" Московского авиационного института (ныне МАИ имеет статус национального исследовательского университета) по специальности "двухсредные аппараты" (квалификация - инженер-механик).
С октября 1975 г. по апрель 1976 г. был учеником токаря на Донецкой хлопкопрядильной фабрике. Одновременно в 1975-1976 гг. прошел обучение на курсах ДОСААФ в Донецке, где получил профессиональные права водителя III класса.
В 1976-1978 гг. проходил срочную службу в войсках химической защиты Группы советских войск в Германии.
В 1978-1979 гг. обучался на подготовительном отделении МАИ.
В студенческие годы, с октября по декабрь 1982 г., также был в вузе старшим лаборантом.
В 1985 г. начал работать инженером 292-го отдела в НПО "Энергия" (ныне Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С. П. Королева; гор. Королев, Московская обл.).
В январе 1989 г. был отобран в отряд космонавтов (291-й отдел) НПО "Энергия", в феврале того же года назначен на должность кандидата в космонавты-испытатели.
После прохождения общекосмической подготовки в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина в феврале 1991 г. ему была присвоена квалификация космонавта-испытателя.
В свой первый космический полет Юрий Усачев отправился 8 января 1994 г. в качестве бортинженера космического корабля "Союз ТМ-18" вместе Виктором Афанасьевым (командир экипажа) и Валерием Поляковым (космонавт-исследователь). Работал на орбитальной станции "Мир" по программе 15-й основной экспедиции (ЭО-15) до 9 июля 1994 г.
21 февраля - 2 сентября 1996 г. был бортинженером корабля "Союз ТМ-23" и экспедиции ЭО-21 на "Мир" (командир - Юрий Онуфриенко). Экипаж ЭО-21 работал на станции также с американкой Шеннон Люсид по программе "Мир - НАСА" и француженкой Клоди Андре-Дэе (Эньере), участницей экспедиции посещения. В ходе полета Юрий Усачев выполнил шесть выходов в открытый космос.
В октябре 1996 г. Усачев стал инструктором-космонавтом-испытателем II класса. Впоследствии ему была присвоена квалификация инструктора-космонавта-испытателя I класса.
19-29 мая 2000 г. был специалистом полета американского шаттла Atlantis ("Атлантис", миссия STS-101) по программе сборки Международной космической станции (МКС).
Последний орбитальный полет выполнил 8 марта - 22 августа 2001 г. в качестве командира 2-й основной экспедиции на МКС, в состав которой в качестве бортинженеров входили американские астронавты Джеймс Восс и Сьюзен Хелмс. В ходе полета Юрий Усачев один раз выходил в открытый космос. Экипаж МКС-2 был доставлен на станцию и возвращен с орбиты на Землю на шаттле Discovery ("Дискавери", миссии STS-102 и STS-105).
Всего за четыре полета Юрий Усачев провел в космосе 552 дня 22 часа 26 минут, выполнил семь выходов в открытый космос (общее время - 30 часов 9 минут).
В 2005 г. Юрий Усачев ушел из отряда космонавтов РКК "Энергия". С 2007 г. являлся командиром отряда. По состоянию на июнь 2020 г. работал инженером-испытателем летно-космического центра РКК.
Герой РФ (1994).
Награжден орденом "За заслуги перед Отечеством" II и III степеней (2002, 1996), медалью "За заслуги в освоении космоса" (2011).
Кавалер ордена Почетного легиона (Франция, 1997).
Имеет медали НАСА: "За космический полет", "За выдающиеся общественные заслуги" (2003).
Летчик-космонавт РФ (1994).
Написал книги "Дневник космонавта. Три жизни в космосе" (2004), "Один день в космосе. Экскурсия на МКС с опытным гидом-космонавтом!" (2014).