Родился 21 мая 1951 г. в г. Николаевске-на-Амуре Хабаровского края.
В 1968-1970 гг. учился на факультете кораблестроения в Комсомольском-на-Амуре политехническом институте (Хабаровский край, ныне Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет). В 1976 г. окончил Свердловский юридический институт (ныне Уральский государственный юридический университет), где учился в одно время с будущим генеральным прокурором РФ Юрием Скуратовым.
В 1970 г. работал электриком на судостроительном заводе в г. Николаевске-на-Амуре.
В 1970-1972 гг. проходил срочную службу в рядах Вооруженных сил СССР.
В 1976 г. был принят стажером в органы прокуратуры, до 1978 г. работал следователем прокуратуры Усть-Удинского района Иркутской области.
С 1978 г. - заместитель Тулунского межрайонного прокурора Иркутской области, в 1979-1983 гг. - Тайшетский транспортный прокурор Восточно-Сибирской транспортной прокуратуры. В 1983 г. возглавлял следственный отдел Восточно-Сибирской транспортной прокуратуры.
В 1984-1986 гг. работал инструктором отдела административных органов Иркутского областного комитета (обкома) Коммунистической партии Советского Союза (КПСС).
С 1986 по 1988 г. - первый заместитель прокурора Иркутской области - начальник следственного отдела.
В 1988–1990 гг. занимал пост заведующего государственно-правовым отделом Иркутского обкома КПСС, затем до 1992 г. был прокурором Восточно-Сибирской транспортной прокуратуры.
В 1992-1995 гг. - прокурор Иркутской области.
С 16 ноября 1995 г. по 9 августа 1999 г. занимал должность первого заместителя генерального прокурора РФ Юрия Скуратова.
С апреля по август 1999 г. исполнял обязанности генпрокурора РФ, после временного отстранения Юрия Скуратова от должности указом президента РФ Бориса Ельцина.
С 17 августа 1999 г. по 23 июня 2006 г. Юрий Чайка был министром юстиции в правительствах Владимира Путина, Михаила Касьянова (с мая 2000 г.) и Михаила Фрадкова (с марта 2004 г.). Сменил на посту главы Минюста Павла Крашенинникова.
В 1999-2000 гг. входил в состав президиума правительства РФ, возглавляемого Владимиром Путиным.
С 15 ноября 1999 г. - член Совета безопасности РФ.
В 2006-2020 гг. - генеральный прокурор Российской Федерации. Был назначен 23 июня 2006 г. постановлением Совета Федерации РФ (сменил на посту Владимира Устинова). Переназначался Совфедом 22 июня 2011 г. и 15 июня 2016 г.
20 января 2020 г. президент РФ Владимир Путин внес в Совет Федерации новую кандидатуру на пост генпрокурора - заместителя председателя Следственного комитета России Игоря Краснова. 22 января Совфед освободил Юрия Чайку от должности генерального прокурора РФ.
22 января 2020 г. он перешел на работу в Администрацию президента РФ, где занял пост полномочного представителя главы государства в Северо-Кавказском федеральном округе. Сменил в должности Александра Матовникова.
Член Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам (с февраля 2020 г.).
Возглавлял Координационный совет генеральных прокуроров государств - участников СНГ (2006-2020).
Действительный государственный советник юстиции (2006).
Полный кавалер ордена "За заслуги перед Отечеством" (I, 2021; II; III, 2011; IV, 2006), награжден орденами Почета (2001), медалью П. А. Столыпина I степени (2011). Также имеет ордена Почета (2013) и Дружбы (2016) Республики Армения.
Дважды отмечен Почетной грамотой президента РФ (2006, 2011), имеет благодарность главы государства (2006).
Заслуженный юрист РФ (1996).
Почетный работник прокуратуры РФ.