Родился 1 августа 1944 г. в поселке Колтубановский Бузулукского района Оренбургской области в семье военного моряка. Затем жил с родителями в г. Молотовске (ныне - Северодвинск, Архангельская обл.), впоследствии - в Калининграде.
В 1966 г. Юрий Романенко окончил Черниговское высшее военное авиационное училище летчиков (ВВАУЛ) по специальности "боевое применение и эксплуатация самолетов". В 1981 г. - заочное отделение Военно-воздушной академии им. Ю. А. Гагарина по специальности "командно-штабная, оперативно-тактическая авиация".
Служба в ВВС
Служил в частях Военно-воздушных сил СССР. С декабря 1966 г. - летчик-инструктор, с июля 1969 г. - старший летчик-инструктор 702-го учебного авиационного полка Черниговского ВВАУЛ. Освоил самолеты Як-18, Л-29, МиГ-15, МиГ-17, МиГ-21.
Военный летчик-инструктор III класса (1969), инструктор парашютно-десантной подготовки ВВС (1972). Общий налет на авиационной технике - более 900 часов. Выполнил 39 парашютных прыжков.
В отряде космонавтов
27 апреля 1970 г. Юрий Романенко был зачислен в отряд Центра подготовки космонавтов (ЦПК) им. Ю. А. Гагарина слушателем-космонавтом (5-й набор ВВС). После прохождения курса общекосмической подготовки 6 июля 1972 г. был назначен на должность космонавта. Затем был инструктором-космонавтом (в 1979-1982 гг.), инструктором-космонавтом-испытателем (1982-1988). С 1976 г. входил в группу международных космических программ, в 1982-1986 гг. возглавлял ее. Одновременно с июня 1986 г. по октябрь 1988 г. являлся заместителем командира отряда космонавтов ЦПК. Космонавт I класса (1987).
В 1972 г. проходил подготовку по программе "Спираль" (советский проект по созданию воздушно-орбитального самолета). В 1972-1975 гг. - по программе ЭПАС (советско-американский проект по осуществлению совместного полета пилотируемых кораблей "Союз" и Apollo, "Аполлон"), был командиром резервных экипажей.
Первый космический полет Юрий Романенко совершил 10 декабря 1977 г. - 16 марта 1978 г. в качестве командира корабля "Союз-26" и 1-й основной экспедиции на орбитальную станцию "Салют-6". Работал на станции с Георгием Гречко и первым космонавтом Чехословакии Владимиром Ремеком, участником экспедиции посещения. Один раз выходил в открытый космос. Романенко и Гречко осуществляли контроль за автоматической стыковкой со станцией первого советского грузового корабля "Прогресс-1".
18-26 сентября 1980 г. был командиром корабля "Союз-38", возглавлял экспедицию посещения станции "Салют-6", в состав которой входил первый космонавт Кубы Арнальдо Тамайо Мендес.
В ходе третьего полета, с 5 февраля по 29 декабря 1987 г., являлся командиром корабля "Союз ТМ-2" и 2-й основной экспедиции на станцию "Мир". Работал на орбитальном комплексе с Александром Лавейкиным, Александром Александровым, а также с первым космонавтом Сирии Мухаммедом Фарисом (член экспедиции посещения). Выполнил три выхода в открытый космос. В апреле вместе с Лавейкиным вышел в открытый космос для устранения постороннего предмета в стыковочном агрегате модуля станции "Квант".
В общей сложности Юрий Романенко за три полета провел в космосе 430 суток 18 часов 21 минуту. Совершил четыре выхода в открытый космос (общее время - 10 часов 16 минут).
11 октября 1988 г. был отчислен из отряда космонавтов в связи с назначением начальником 3-го управления ЦПК. Занимал эту должность до октября 1995 г., был уволен в запас из ВС в звании полковника.
После отставки
После увольнения из Вооруженных сил работал консультантом в ЗАО "Стилтекс" (Москва), которое занималась созданием проектов экранопланов.
Являлся президентом общества дружбы "Советский Союз - Мадагаскар" (1978-1991). Почетный сопредседатель Клуба друзей Мадагаскара (с 2000 г.).
Награды, почетные звания, спортивные достижения
Дважды Герой Советского Союза (1978, 1980). Награжден тремя орденами Ленина (1978, 1980, 1987), орденом Красной Звезды (1976), медалью "За заслуги в освоении космоса" (2011).
Отмечен иностранными наградами: звездой Героя Чехословацкой Социалистической Республики (1978), звездой Героя Республики Куба и орденом "Плайя Хирон" (1980) и др.
В числе наград космонавта золотая медаль им. К. Э. Циолковского Академии наук СССР, две золотые медали им. Ю. А. Гагарина и две медали де Лаво Международной авиационной федерации (FAI).
Летчик-космонавт СССР (1978).
Семья
Женат. Супруга - Алевтина Ивановна (род. 1950), учительница музыкальной школы. Двое сыновей: Роман (род. 1971), космонавт, Герой РФ, ныне - депутат Госдумы РФ, и Артем (род. 1977).