Jurij Gagarin urodził się 9 marca 1934 we wsi Kłuszyno w obwodzie smoleńskim. Jego ojciec Aleksiej Iwanowicz był stolarzem, matka Anna Timofijewna Gagarin - dojarką w kołchozie. Wkrótce rodzice przeprowadzili się do pobliskiego Gżacka (które to miasto po latach przemianowano na "Gagarin").

Mimo bardzo dobrych ocen z matematyki i fizyki, w roku 1949 w wieku 15 lat Jurij Gagarin porzucił szkołę średnią na rzecz zawodówki przy fabryce maszyn rolniczych w Lubiercach. Zdobył zawód odlewnika – formierza. Pragnąc kształcić się dalej, w roku 1951 zaczął naukę w Szkole Technicznej w Saratowie nad Wołgą.

Choć niewysoki (157 centymetrów) Gagarin był zapalonym sportowcem i uprawiał między innymi koszykówkę. Jednak najbardziej pociągało go latanie i skoki spadochronowe. W 1955 ukończył kurs pilotażu w saratowskim aeroklubie. Skończył też z najwyższą oceną szkołę i zaczął edukację w Wojskowej Szkole Lotniczej w Orenburgu. W październiku 1957 roku ożenił się z Walentiną Goriaczewą, z którą miał dwie córki - Lenę i Galę.

W 1959 r. Gagarin ukończył szkołę lotniczą z oceną celującą i awansował na stopień porucznika. W marcu 1960 jako jeden z dwudziestu pilotów rozpoczął w Gwiezdnym Miasteczku pod Moskwą przygotowania do lotu w kosmos. Wybrani do tajnej misji kosmicznej musieli mieć od 25 do 30 lat, nie więcej niż 170 cm wzrostu, ważyć najwyżej 72 kilogramy i należeć do partii.

Wkrótce grupa wybranych pilotów zmniejszyła się do sześciu. Obok Gagarina, najlepsze wyniki osiągnął Gierman Titow. Komisja Państwowa wolała jednak Gagarina, głównie ze względu na pochodzenie społeczne. Ojciec robotnik, matka kołchoźnica - jak na wzorcowo socrealistycznym pomniku autorstwa Wiery Muchiny. Tymczasem Titow pochodził z rodziny nauczycielskiej.

Historyczny lot w kosmos na statku Wostok 1 miał miejsce 12 kwietnia 1961. O godzinie 6.07 Wostok 1 wystartował. Dokonał niepełnego okrążenia Ziemi po orbicie satelitarnej, trwającego 1 godzinę i 48 minut. W czasie lotu pierwszy kosmonauta śpiewał patriotyczną pieśń Szostakowicza „Ojczyzna słyszy, Ojczyzna wie (Gdzie jej syn leci w niebo)”.

O godzinie 07:00 Radio Moskwa podało pierwszą wiadomość o dotychczas tajnym locie Gagarina. Pomyślne lądowanie (dzięki katapultowaniu się) miało miejsce o godzinie 07:55. Był to najbardziej znaczący sukces radzieckiego programu kosmicznego, ogromne osiągnięcie techniczne, organizacyjne i propagandowe.

Udało się, choć pod presją czasu konstruktor pojazdu kosmicznego Siergiej Korolow musiał zrezygnować m.in. z systemu ratunkowego, działającego w czasie startu oraz systemu miękkiego lądowania - co zmuszało kosmonautę do opuszczenia kapsuły i lądowania na spadochronie. Nie było też zapasowego systemu hamowania na orbicie, co mogło uniemożliwić powrót na Ziemię, zanim skończą się zapasy powietrza, żywności i wody.

Mimo problemów technicznych Gagarin szczęśliwie wylądował w okolicy miasta Engels w obwodzie saratowskim. W czasie lotu orbitalnego Gagarin został awansowany do stopnia majora. Wkrótce potem sam Nikita Chruszczow odznaczył go Orderem Lenina.

Obdarzony wielkim urokiem osobistym Gagarin, Bohater Związku Radzieckiego, Lotnik Kosmonauta ZSRR, stał się postacią sztandarową, żywym dowodem triumfu komunizmu na Ziemi i w Kosmosie. Odwiedził wiele krajów Wschodu i Zachodu, Polskę - na zaproszenie rządu oraz PZPR w dniach 20-22 lipca 1961. Był w Warszawie, Katowicach i Zielonej Górze.

Jego zdjęcia z Chruszczowem, egipskim Sfinksem, Fidelem Castro, premierem Wielkiej Brytanii Haroldem Macmillanem czy sławną aktorką Giną Lollobrigidą obiegały świat. Wśród licznych odznaczeń otrzymał m.in. brazylijski Krzyż Wielki Orderu Zasługi dla Lotnictwa, egipską Wielką Wstęgę Orderu Nilu, liberyjski Order Gwiazdy Afryki czy polski Order Krzyża Grunwaldu I klasy.

W 1962 r. Gagarina awansowano na stopień podpułkownika, a półtora roku później – na pułkownika. W grudniu 1963 mianowano go zastępcą dyrektora ośrodka szkolenia kosmonautów. Radzieckie władze chciały, by pierwszy człowiek w kosmosie stał się także pierwszym człowiekiem na Księżycu.

Nadal się kształcił. Od września 1961 do marca 1968 studiował na Akademii Technicznej Lotnictwa im. N.J. Żukowskiego w Moskwie. W ostatnim roku obronił pracę dyplomową dotyczącą samolotu kosmicznego ze skrzydłami, nadającego się do wielokrotnego użycia.

27 marca 1968 Gagarin oraz jego instruktor lotniczy Władimir Sieriogin zginęli w katastrofie lotniczej. Samolot treningowy MiG-15 UTI rozbił się 21 km od miasta Kirżacz w Rosji.

Pozostałości ciał lotników poddano kremacji i 30 marca zostały uroczyście pochowane w murze Kremla.

Przyczyny katastrofy przez wiele lat pozostawały niewyjaśnione. Według ustaleń śledztwa (nadal niezakończonego) doszło do złamania wielu przepisów dotyczących bezpieczeństwa lotu. Nie działał np. radar wieży kontrolnej i samolot Gagarina nie powinien w ogóle startować.

Za najbardziej prawdopodobną uchodzi wersja ujawniona przez Aleksieja Leonowa w roku 2013. Jak twierdził Leonow, pilot samolotu Su-15 podczas lotu testowego wbrew procedurze zszedł z wysokości 10 tys. metrów na niższy pułap. Z powodu zachmurzenia nie zauważył MiG-a z Gagarinem i Sierioginem i przeleciał zbyt blisko niego – w odległości 10-15 metrów. Samolot pilotowany przez Gagarina zaczął się obracać wokół własnej osi, wpadł w korkociąg przy prędkości 750 km na godzinę i uderzył w ziemię.

8 kwietnia 2011 roku Rosyjska Agencja Kosmiczna na podstawie odtajnionych dokumentów komisji badającej wypadek ogłosiła, że za katastrofę mógł być odpowiedzialny sam Gagarin, który wykonał niebezpieczny manewr.

Oprócz dawnego miasta Gżatsk, imię Jurija Gagarina noszą krater Gagarin na Księżycu, planetoida, złoty medal FAI (Międzynarodowej Federacji Lotniczej), statek naukowo-badawczy Kosmonauta Jurij Gagarin oraz puchar hokejowy (albowiem kibicował hokeistom). Na cześć Gagarina nazywano ulice (jest taka w Warszawie), parki, kluby, szkoły i place – np. plac w Moskwie z 40-metrowym pomnikiem pierwszego kosmonauty.

W latach 60 XX wieku urodzonym w ZSRR chłopcom szczególnie często nadawano imię Jurij.