Родился 16 января 1960 г. в Иркутске.
В 1982 г. окончил Военный институт иностранных языков Минобороны СССР по специальности "референт-переводчик", в 1991 г. - Военно-дипломатическую академию; в 1997 г. - Всероссийскую академию внешней торговли Министерства экономического развития РФ по специальности "мировая экономика", в 2002 г. - Российскую академию государственной службы при президенте РФ по специальности "юриспруденция".
Кандидат политических наук. В 2007 г. в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского защитил диссертацию по теме "Политический экстремизм и патриотическое воспитание молодежи на современном этапе развития гражданского общества в России".
В 1979-1980 и 1982-1986 гг. был стажером, затем военным переводчиком, старшим военным переводчиком в Афганистане. Участвовал в боевых действиях, работал переводчиком главы Демократической Республики Афганистан Бабрака Кармаля.
В 1991-1995 гг. - офицер Главного разведывательного управления Генерального штаба Вооруженных сил РФ.
В 1995-1998 гг. работал референтом, старшим менеджером, затем директором департамента в транспортной компании "Русский мир".
В 1998-1999 гг. занимал должность директора департамента транспорта Фонда развития России (занимается разработкой, а также участвует в реализации федеральных и межрегиональных программ развития экономики и социальной сферы РФ).
С 1999 по 2001 г. – руководитель департамента регулирования естественных монополий на транспорте Министерства РФ по антимонопольной политике и поддержке предпринимательства.
В 2001 г. был министром промышленности и инноваций в правительстве Нижегородской области, которое возглавлял губернатор региона Геннадий Ходырев.
С августа 2001 по декабрь 2003 г. – первый заместитель губернатора Геннадия Ходырева – член правительства Нижегородской области.
В 2003-2007 гг. – депутат Государственной Думы РФ IV созыва. 7 декабря 2003 г. избран от партии "Единая Россия" по Автозаводскому одномандатному округу №117 (Нижегородская область). Получил 39,03% голосов избирателей, его ближайший соперник – экс-мэр Нижнего Новгорода Юрий Лебедев – набрал 10,08%. В Думе Юрий Сентюрин входил во фракцию "Единая Россия", являлся заместителем председателя комитета по энергетике, транспорту и связи. 14 мая 2007 г. досрочно сложил депутатские полномочия в связи с переходом на госслужбу.
С 27 апреля 2007 г. – статс-секретарь - заместитель министра, с 16 июня по 12 ноября 2010 г. – заместитель министра образования и науки РФ Андрея Фурсенко.
С 11 ноября 2010 г. по 27 декабря 2017 г. - статс-секретарь – заместитель министра энергетики РФ Сергея Шматко, а с мая 2012 г. - Александра Новака. Курировал работу департамента административной и законопроектной работы.
4 октября 2017 г. Юрий Сентюрин был избран генеральным секретарем Форума стран - экспортеров газа, вступил в должность 1 января 2018 г. 16 ноября 2021 г. новым генсеком организации был избран советник министра энергетики и шахт Алжира Мухаммед Хамель.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2016 г. составила 5 млн 973 тыс. руб., супруги – 813 тыс. руб.
Действительный государственный советник РФ I класса (2010).
Имеет дипломатический ранг чрезвычайного и полномочного посла (2017).
Награжден орденом "За службу Родине" в Вооруженных силах СССР III степени, медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" I степени (2014). Дважды отмечен благодарностью президента РФ (2008, 2014), также имеет почетную грамоту президента РФ (2009).
Имеет орден Славы (Демократическая Республика Афганистан).
Владеет английским, французским и персидским языками.
Женат, двое детей.