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.
Стартовал 12 октября 2008 года в 07:01:33,243 UTC (11:01:33,243 мск) в качестве командира корабля «Союз ТМА-13» и бортинженера 18-й основной экспедиции МКС вместе с Майклом Финком и Ричардом Гэрриотом. 14 октября 2008 года в 08:26:14 UTC (12:26:14 мск) была осуществлена стыковка корабля с МКС (к стыковочному узлу ФГБ «Заря»).
Во время полета выполнил два выхода в открытый космос: 24.12.2008 — продолжительностью 5 часов 38 минут. Астронавты смонтировали научную аппаратуру для европейского эксперимента EXPOSE-R установили на модуле «Звезда» научную аппаратуру для эксперимента «Импульс», а также сняли с СО «Пирс» второй из трех контейнеров «Биориск-МСН». 10.03.2009 — продолжительностью 4 часа 49 минут. Астронавты установили на внешней поверхности служебного модуля «Звезда» аппаратуру для европейского научного эксперимента EXPOSE-R.
8 апреля 2009 года в 02:55:30 UTC (06:55 мск) корабль отстыковался от МКС, тормозной импульс был выдан в 06:24 UTC (10:24 мск). В 07:16 UTC (11:16 мск) cпускаемый аппарат корабля «Союз ТМА-13» совершил мягкую посадку северо-восточнее города Джезказгана в Казахстане.
Продолжительность полета составила 178 суток 0 часов 14 минут 27 секунд.