Родилась 27 ноября 1960 г. в г. Днепропетровске Украинской ССР (ныне Днепр, Украина).
Фамилия при рождении Григян, перед окончанием школы взяла фамилию матери Телегина.
В 1984 г. окончила экономический факультет Днепропетровского государственного университета (ныне Днепровский национальный университет им. Олеся Гончара) по специальности "экономист-кибернетик".
Кандидат экономических наук. В 2003 г. в Киевском национальном университете им. Тараса Шевченко защитила диссертацию на тему "Государственное регулирование налоговой системы".
В 1984-1989 гг. работала инженером-экономистом Днепропетровского машиностроительного завода им. Ленина. В 1989-1991 гг. - коммерческий директор молодежного центра "Терминал" в Днепропетровске. В 1991-1995 гг. - коммерческий директор, генеральный директор корпорации "Украинский бензин".
С ноября 1995 г. была президентом промышленно-финансовой корпорации "Единые энергетические системы Украины" (ЕЭСУ; поставки энергоносителей).
В декабре 1996 г. была избрана в Верховную раду II созыва по одномандатному округу в Кировоградской области, после чего покинула пост в ЕЭСУ.
В середине 1997 г. вошла в руководство Всеукраинского объединения "Громада", лидером которого был экс-премьер Украины Павел Лазаренко. В марте 1998 г. была избрана от "Громады" в Верховную раду III созыва, где возглавила бюджетный комитет. В январе 1999 г. подала заявление о выходе из "Громады".
В марте 1999 г. основала и возглавила депутатскую фракцию "Батькивщина" ("Отчизна"). В июле 1999 г. была учреждена политическая партия "Всеукраинское объединение "Батькивщина" (зарегистрирована в сентябре 1999 г.). 18 декабря того же года Юлия Тимошенко была избрана главой партии.
В декабре 1999 г. была назначена вице-премьер-министром в правительстве Виктора Ющенко, курировала топливно-энергетический комплекс.
5 января 2001 г. Генпрокуратура Украины возбудила против Тимошенко уголовное дело за контрабанду и подлог документов в период ее работы в ЕЭСУ. 19 января 2001 г. она была освобождена от должности вице-премьера, 13 февраля арестована. 2 апреля 2001 г. суд освободил Тимошенко из-под стражи, признав обвинения против нее несостоятельными (окончательно уголовное дело закрыто в январе 2005 г.)
В марте 2002 г. была избрана в Верховную раду IV созыва по списку своего избирательного блока. Блок Юлии Тимошенко (БЮТ), в который вошли партии "Батькивщина", "Собор" и Украинская социал-демократическая партия, получил на выборах 7,26% голосов избирателей.
С ноября 2004 г. по январь 2005 г. Тимошенко была одним из лидеров так называемой оранжевой революции - протестных акций, организованных сторонниками оппозиционного кандидата на президентских выборах Виктора Ющенко. События 2004 г. стали первым "майданом" на Украине и привели к расколу в обществе и затяжному политическому кризису, который вылился в итоге в вооруженный конфликт в Донбассе.
После победы Ющенко в ходе повторного голосования на президентских выборах 26 декабря 2004 г. Тимошенко в январе - феврале 2005 г. исполняла обязанности премьер-министра Украины.
4 февраля 2005 г. она была назначена премьер-министром Украины. Из-за ряда экономических проблем и разногласий с президентом 8 сентября 2005 г. Виктор Ющенко отправил правительство Тимошенко в отставку.
В марте 2006 г. Юлия Тимошенко была избрана в Верховную раду V созыва по списку БЮТ (блок занял на выборах второе место, получив 22,29% голосов). После неудачной попытки создать коалицию парламентского большинства с блоком "Наша Украина" и фракцией Социалистической партии Украины Тимошенко возглавила оппозиционную парламентскую фракцию БЮТ.
В сентябре 2007 г. на внеочередных парламентских выборах она вновь была избрана депутатом по списку БЮТ (Рада VI созыва). Ее блок получил 30,71% голосов и сформировал вторую по численности фракцию. В ноябре БЮТ вошел в коалицию с пропрезидентским блоком "Наша Украина - Народная самооборона". Новая коалиция получила большинство в парламенте, и 18 декабря 2007 г. Юлия Тимошенко была вновь утверждена в должности премьер-министра.
В начале 2010 г. баллотировалась на пост президента страны от партии "Всеукраинское объединение "Батькивщина". В первом туре 17 января 2010 г. за Тимошенко проголосовали 25,05% избирателей. Во втором туре 7 февраля 2010 г. она проиграла выборы лидеру Партии регионов Виктору Януковичу с результатом 45,47% против 48,95%.
3 марта 2010 г. Верховная рада выразила недоверие правительству Юлии Тимошенко, 11 марта - освободила ее от обязанностей премьер-министра. 9 марта 2010 г. на вече (собрании) народно-патриотических сил Тимошенко была избрана лидером объединенной демократической оппозиции.
11 апреля 2011 г. Генпрокуратура Украины возбудила в отношении Юлии Тимошенко уголовное дело по фактам злоупотребления властью и превышения служебных полномочий при заключении газовых контрактов с РФ в 2009 г. 5 августа 2011 г. экс-премьер была арестована, 11 октября осуждена на 7 лет лишения свободы с лишением права занимать должности во власти еще в течение 3 лет. Отбывала наказание в женской исправительной колонии в Харькове.
В конце февраля 2014 г., после госпереворота на Украине, организованного сторонниками евроинтеграции, Верховная рада приняла решение об освобождении Юлии Тимошенко. 22 февраля она вышла на свободу и прилетела в Киев, где выступила перед участниками "евромайдана". Вскоре все уголовные дела против нее были закрыты, судимость снята.
25 мая 2014 г. Юлия Тимошенко участвовала во внеочередных президентских выборах. Заняла второе место (12,81% голосов), уступив депутату Верховной рады, бизнесмену Петру Порошенко (54,7%).
26 октября 2014 г. была избрана депутатом Верховной рады VIII созыва от партии " Батькивщина". В парламенте возглавила одноименную фракцию.
22 января 2019 г. съезд партии "Батькивщина" выдвинул ее кандидатом на пост президента Украины. На выборах 31 марта 2019 г. Тимошенко заняла третье место (13,40% голосов) после руководителя студии "Квартал 95" Владимира Зеленского (30,24%) и действующего на тот момент президента Украины Петра Порошенко (15,95%).
21 июля 2019 г. была избрана депутатом Верховной рады IX созыва от партии "Батькивщина" (на выборах возглавляла список кандидатов от партии, которая получила 8,18% голосов). В Раде стала руководителем партийной фракции.
14 января 2026 г. Национальное антикоррупционное бюро Украины (НАБУ) и Специализированная антикоррупционная прокуратура (САП) предъявили Юлии Тимошенко обвинение по делу о подкупе депутатов Верховной рады. В Киеве в офисе партии Тимошенко прошли обыски. Дело возбуждено по ч. 4 ст. 369 УК Украины (о подкупе должностного лица), предусматривающей наказание от 5 до 10 лет лишения свободы. Тимошенко отвергает все обвинения в свой адрес.