Родился 4 марта 1965 г. в гор. Балхаше Казахской ССР (ныне Республика Казахстан) в семье Валентина Гавриловича и Галины Васильевны Лончаковых. Отец был геологом, мать - картографом.
Среднюю школу окончил в г. Актюбинске (ныне г. Актобе, Актюбинская обл., Республика Казахстан). В школьные годы Юрий Лончаков 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 с золотой медалью окончил Оренбургское высшее военное авиационное училище летчиков (ВВАУЛ) им. И. С. Полбина 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. был помощником командира, с февраля 1989 г. - командиром 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 (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 (1993). Освоил шесть типов самолетов и их модификаций, общий налет - более 1,5 тыс. часов.
В отряде космонавтов
24 июня 1998 г., после окончания ВВИА, Юрий Лончаков был зачислен в отряд Центра подготовки космонавтов (ЦПК) им. Ю. А. Гагарина. После прохождения курса общекосмической подготовки в декабре 1999 г. был назначен космонавтом-испытателем. Затем в ЦПК занимал должности командира отряда космонавтов (2003-2008; 2010-2012), инструктора-космонавта-испытателя (2010-2013). В 2013 г. ему была присвоена квалификация космонавта I класса.
С июня по ноябрь 2000 г. был представителем ЦПК в Национальном управлении США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА).
Свой первый полет в космос Юрий Лончаков совершил 19 апреля - 1 мая 2001 г. в составе экипажа американского шаттла Endeavour ("Индевор", STS-100) в рамках строительства Международной космической станции (МКС).
С 30 октября по 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. Прибыл на орбитальную станцию вместе с астронавтом НАСА Майклом Финком (командир МКС-18) и участником 15-й экспедиции посещения, космическим туристом Ричардом Гэрриоттом (США). В ходе полета дважды выходил в открытый космос (суммарной продолжительностью 10 часов 25 минут).
В общей сложности за три полета Юрий Лончаков провел в космосе 200 суток 18 часов 57 минут.
С июня 2012 г. готовился к полету как член экспедиции МКС-43/44 (старт планировался на март 2015 г.), но не был утвержден в состав основного экипажа.
В 2012 г. Юрий Лончаков был уволен с военной службы в запас в звании полковника.
В сентябре 2013 г. покинул отряд космонавтов по собственному желанию.
Деятельность после ухода из отряда
С октября 2013 г. был советником по пилотируемым программам руководителя Федерального космического агентства (с 2015 г. - госкорпорация "Роскосмос") Олега Остапенко.
С апреля 2014 г. по октябрь 2017 г. занимал должность начальника Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина.
С октября 2017 г. был советником генерального директора Роскосмоса Игоря Комарова (занимал этот пост в 2015-2018 гг.), занимался проектами пилотируемой космонавтики в сфере международного сотрудничества.
Награды, почетные звания
Герой Российской Федерации (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 казахстанский орден "Достык" I степени ("Дружба", 2015), медаль НАСА "За космический полет" (2001).
Летчик-космонавт РФ (2003).
Кандидат в мастера спорта по радиоспорту (спортивному ориентированию; 1981). Имеет 1-й юношеский разряд по хоккею (1979), 1-й разряд по дзюдо (1980), 2-й разряд по парашютному спорту (526 прыжков).