Родился 4 марта 1965 года в городе Балхаш Джезказганской области, Казахская ССР. В Актюбинске окончил школу № 22. Поступил в Оренбургское высшее военное авиационное училище лётчиков (ВВАУЛ) имени И. С. Полбина на специальность «Командная тактическая морской ракетоносной авиации». В 1998 году окончил Военно-воздушную инженерную академию (ВВИА) имени Н. Е. Жуковского по специальности «Испытания летательных аппаратов и их систем», получил квалификацию летчик-инженер-исследователь. С 1986 по 1995 годы служил в частях морской авиации Балтийского флота, а затем — в частях ПВО. В 1998 году Лончаков окончил Высшую военно-инженерную академию имени Н. Е. Жуковского и был зачислен в отряд космонавтов. Решением Высшей аттестационной комиссии от 24 сентября 2010 года, ему присвоена учёная степень «Доктор технических наук». В этот же день полковник Юрий Лончаков был утверждён в должности Командира отряда Центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина.
