Родился 14 декабря 1964 г. в г. Ровно Украинской ССР (ныне - Украина).
В 1989 г. окончил факультет электронной техники Львовского политехнического института (ныне - Национальный университет "Львовская политехника".
В 1989-1992 гг. работал инженером-технологом, мастером участка, начальником технологического бюро на Ровенском заводе им. 60-летия Октября.
С 1992 по 1994 г. занимал должность главного конструктора Ровенского завода "Газотрон".
В 1994-1996 гг. был заместителем председателя Ровенского областного совета народных депутатов, председателем комитета экономики Ровенской областной госадминистрации.
В 1996-1997 гг. работал начальником управления региональной научно-технической политики и подчиненных организаций министерства Украины по делам науки и технологий.
В 1997-1998 гг. - заместитель министра Украины по делам науки и технологий в правительстве Валерия Пустовойтенко.
В 1998-1999 гг. был помощником премьер-министра Украины Валерия Пустовойтенко.
С 1999 по 2002 гг. - помощник-консультант народного депутата Украины, лидера Социалистической партии Александра Мороза.
В 2002 г. избирался депутатом в Верховную раду Украины IV созыва по партийным спискам Социалистической партии.
Осенью 2004 г. во время "оранжевой революции" был одним из полевых командиров "майдана", после чего 4 февраля 2005 г. получил пост министра внутренних дел, став первым в истории Украины гражданским руководителем МВД.
C 2005 по 2006 г. занимал пост министра внутренних дел Украины в правительствах Юлии Тимошенко, Юрия Еханурова и Виктора Януковича. Одновременно был председателем Совета министров внутренних дел СНГ.
После отставки с поста главы МВД, в январе 2007 г. объявил о создании общественного движения "Народная самооборона", позднее преобразованного в партию. Являлся лидером "Народной самообороны" до марта 2013 г., когда партия присоединилась к партии "Битькивщина" Юлии Тимошенко.
В 2006-2007 гг. был советником президента Украины Виктора Ющенко.
30 сентября 2007 г. избран народным депутатом Украины в Верховную раду VI созыва от пропрезидентского блока "Наша Украина - Народная самооборона". Досрочно сложил полномочия 19 декабря 2007 г.
С 18 декабря 2007 г. по 28 января 2010 г. занимал пост министра внутренних дел Украины во втором правительстве Юлии Тимошенко. В 2009-2010 гг. возглавлял Совет министров внутренних дел СНГ.
В ноябре 2010 г. генпрокуратура Украины возбудила в отношении Юрия Луценко уголовное дело, инкриминировав ему присвоение, растрату имущества или завладение им путем злоупотребления служебным положением.
27 февраля 2012 г. экс-глава МВД Украины Юрий Луценко был приговорен Печерским районным судом Киева к 4 годам лишения свободы с конфискацией имущества. Луценко признали виновным в превышении должностных полномочий, а также в хищении государственного имущества в особо крупных размерах.
17 августа 2012 г. Печерский районный суд Киева приговорил Юрия Луценко к 2 годам лишения свободы по уголовному делу, связанному с организацией незаконной слежки в рамках расследования им дела об отравлении Виктора Ющенко в 2004 г.
7 апреля 2013 г. президент Украины Виктор Янукович подписал указ о помиловании Юрия Луценко.
С 19 апреля по 17 июня 2014 г. Юрий Луценко был советником и.о. президента Украины Александра Турчинова.
17 июня 2014 г. назначен советником президента Украины Петра Порошенко (вне штата).
27 августа 2014 г. избран председателем партии "Солидарность", в тот же день переименованной в партию "Блок Петра Порошенко".
На внеочередных выборах в октябре 2014 г. был избран в Верховную раду VIII созыва от партии "Блок Петра Порошенко" (второй номер в списке). Возглавлял фракцию партии в парламенте.
12 мая 2016 г. по предложению президента Украины Петра Порошенко Верховная рада утвердила Юрия Луценко генеральным прокурором Украины (сменил на этом посту Виктора Шокина). За это решение проголосовали 264 депутата при 226 минимально необходимых. В тот же день президент подписал указ о его назначении.
6 ноября 2018 г. Юрий Луценко заявил о своей отставке с поста генпрокурора Украины. Как пояснил Луценко, он не намерен "терпеть вмешательство в работу правоохранительных органов, а также обвинения в бездействии, в частности в деле об убийстве гражданской активистки Екатерины Гандзюк". 9 ноября президент Украины Петр Порошенко не принял его прошение об отставке, мотивируя это тем, что Луценко "получил вотум доверия в парламенте и перед ним стоят важные задачи".
29 августа 2019 г. президент Украины Владимир Зеленский после одобрения Верховной рады отправил Юрия Луценко в отставку с поста генпрокурора страны.
В феврале 2023 г. Юрий Луценко был назначен командиром взвода ударных беспилотников в звании капитана. По информации украинских СМИ, до этого он присоединился к силам самообороны Киева. 5 июля 2023 г. Луценко сообщил, что уволен со службы по состоянию здоровья.
Женат, имеет двух сыновей. Супруга Ирина - народный депутат Украины, член фракции "Блок Петра Порошенко". Сыновья - Александр (род. 1989) и Виталий (род. 1999).