Подполковник, командир космического корабля «Союз-26», родился в 1944 году в поселке Колтубановский Бузулукского района Оренбургской области в семье военнослужащего. Русский. Член КПСС с 1965 года. 

Окончил среднюю школу, работал бетонщиком, слесарем, затем поступил в Черниговское высшее военное училище летчиков, которое окончил в 1966 году с отличием.

27 апреля 1970 года приказом Главкома ВВС №505 был зачислен в отряд космонавтов ЦПК ВВС на должность слушателя-космонавта. С мая 1970 по июнь 1972 года проходил общекосмическую подготовку. 6 июля 1972 года был назначен космонавтом 1-го отдела 1-го управления.

В 1972 - 1973 годах проходил подготовку по программе ЭПАС в составе группы космонавтов. С мая 1973 по ноябрь 1974 года проходил подготовку по программе ЭПАС в качестве командира 2-го (дублирующего) экипажа для первого испытательного полета, вместе с Александром Иванченковым. 

С января по июнь 1975 года проходил подготовку по программе ЭПАС в качестве командира 3-го (резервного) экипажа, вместе с Александром Иванченковым. Во время старта ТК «Союз-16» 2 декабря 1976 года был дублером командира корабля. 

 

С сентября 1975 по сентябрь 1977 года проходил подготовку к полету в качестве командира второго экипажа по программе первой основной экспедиции на ДОС «Салют-6», вместе с Александром Иванченковым. Во время старта ТК «Союз-29» 9 октября 1977 года был дублером командира корабля.

10 декабря 1977 года стартовал на космическом корабле «Союз-26», 18 сентября 1980 года — на «Союзе-38». Во время полёта выполнил один выход в открытый космос: 20.12.1977 - продолжительностью 1 час 28 минут. Позывной: «Таймыр-1». Продолжительность полета составила 96 суток 10 часов 00 минут 07 секунд.

С 18 по 26 сентября 1980 года в качестве командира корабля «Союз-38» и советско-кубинской экспедиции посещения (ЭП-9) на ДОС «Салют-6», вместе с Арнальдо Тамайо Мендесом. Позывной: «Таймыр-1». Продолжительность полета составила 7 суток 20 часов 43 минуты 24 секунды.

 

С октября 1980 по май 1981 года готовился в качестве командира второго экипажа по программе экспедиции посещения (ЭП-12) на ДОС «Салют-6» по советско-румынской программе, вместе с Думитру Дедиу (Румыния). Во время старта ТК «Союз-39» 14 мая 1981 года был дублером командира корабля. В 1981 году окончил Военно-воздушную академию имени Ю. А. Гагарина.

  6 февраля 1987 года — на «Союзе-ТМ-24», осуществил длительные космические полеты: дважды на орбитальных научно-исследовательских комплексах «Салют-6» — «Союз» и «Мир».

Звание Героя Советского Союза Ю. В. Романенко присвоено 16 марта 1978 года за успешное осуществление длительного полета на борту орбитального комплекса «Салют-6» — «Союз» и проявленные при этом мужество и героизм. Одновременно присвоено звание «Летчик-космонавт СССР».

Орденом Ленина и второй медалью «Золотая Звезда» Ю. В. Романенко награжден 26 сентября 1980 года за успешное осуществление космического полета на орбитальном научно-исследовательском комплексе «Салют-6» — «Союз» и проявленные при этом мужество и героизм.

После зачисления в отряд космонавтов начались месяцы, годы учебы и упорных тренировок. Юрий Викторович изучал астрономию, геофизику, основы ракетной техники, сложнейшую аппаратуру и оборудование космического корабля «Союз» и орбитальной станции «Салют», прошел курс общей подготовки к космическим полетам и по программе пилотируемого корабля «Союз» и орбитальной станции «Салют». Кроме того, он готовился также к совместному космическому полету кораблей «Союз» — «Апполлон» в качестве командира корабля и Государственной комиссией был утвержден дублером.

10 декабря 1977 года наступил «звездный час» для Ю. В. Романенко. В 4 часа 19 минут с космодрома Байконур стартовал командир корабля подполковник Юрий Викторович Романенко и бортинженер Георгий Михайлович Гречко на пилотируемом космическом корабле «Союз-26». Корабль был выведен на расчетную орбиту. Космонавты приступили к работе. В итоге оценка их труда: «То, что было сделано на протяжении почти ста дней в конце 1977 года и в январе — марте 1978 года — это настоящий подвиг. Подвиг научный, технический, организационный, но прежде всего — чисто человеческий.

18 сентября 1980 года в 22 часа 11 минут поднялся на орбиту корабль «Союз-38», пилотируемый международным экипажем: командиром корабля Героем Советского Союза летчиком-космонавтом СССР Юрием Романенко и космонавтом-исследователем, гражданином Республики Куба Арнольдо Тамайо Мендесом. Программой полета корабля «Союз-38» предусматривалась стыковка с орбитальным комплексом «Салют-6» — «Союз-37» и выполнение научных исследований и экспериментов совместно с космонавтами Л. И. Поповым и В. В. Рюминым, которые работали на околоземной орбите с 9 апреля 1980 года.

16 сентября 1980 года после успешного выполнения программы полета международный экипаж космического корабля «Союз-38» возвратился на Землю.

В соответствии с программой исследований космического пространства 6 февраля 1987 года в 0 часов 38 минут осуществлен запуск космического корабля «Союз-ТМ-2», пилотируемого экипажем в составе командира корабля дважды Героя Советского Союза летчика-космонавта СССР полковника Романенко Юрия Викторовича, бортинженера Лавейкина Александра Ивановича. 29 декабря 1987 года в 12 часов 16 минут после успешного выполнения программы научно-технических исследований и экспериментов на борту пилотируемого комплекса «Мир» космонавты Юрий Романенко, Александр Александров и Анатолий Левченко возвратились на землю.

Завершен самый длительный космический полет. Впервые в истории космонавтом Ю. В.Романенко осуществлен пилотируемый полет продолжительностью 326 суток. Результаты исследований и экспериментов, выполненных экипажем на орбитальном Комплексе «Мир», имеют большую научную ценность и будут использованы в развитии фундаментальных наук, а также во многих отраслях народного хозяйства. За этот полет дважды Герой Советского Союза летчик-космонавт СССР Ю. В. Романенко удостоен ордена Ленина.

Освоил пилотирование самолетов Як-18, Л-29, УТИ МиГ-15, МиГ-17, МиГ-21у, МиГ-21ф, выполнил 39 парашютных прыжков. Имеет 2-й разряд по легкой атлетике, 3-й по парашютному спорту.

Отчислен из отряда космонавтов 11 октября 1988 года в связи с назначением начальником 3-го управления ЦПК.

Звания и награды:

- Дважды Герой Советского Союза (16 марта 1978 и 26 сентября 1980);

- Летчик-космонавт СССР (16 марта 1978);

- Герой ЧССР (1978);

- Герой Республики Куба (1980);

- Герой Сирийской Арабской Республики;

- Две медали «Золотая Звезда» Героя Советского Союза (16.03.1978 и 26.09.1980);

- Три ордена Ленина (16.03.1978, 26.09.1980 и 29.12.1987);

- Орден Красной Звезды (1976); 

- 10 юбилейных медалей;

- Медаль «Золотая Звезда» Героя ЧССР (1978); 

- Медаль «Золотая Звезда» Героя Республики Куба (1980);

- Орден «Плайя Хирон» (Куба, 1980);

- Орден «Народная Республика Болгария» I степени (1979); 

- Медаль «30-я годовщина ВВС Республики Куба» (1986);

- Медаль «100-летие падения Османского ига» (НРБ);

- Медаль «Братство по оружию» I степени (ЧССР);

- Медаль «Мадарский конник» I степени (Болгария, 2008).

Полковник Ю. В. Романенко — Герой Республики Куба, почетный гражданин Бузулука. На его родине сооружен бронзовый бюст Героя.