Родился в Москве.

В 1985 г. - окончил физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова по специальности «теоретическая физика».

В период с 1985 по 1989 гг. - занимался исследовательской деятельностью в Институте физики Российской академии наук, работал в отделе Нобелевского лауреата Виталия Гинзбурга.

В конце 1980-х гг. - создал собственный бизнес, начинал с торговли компьютерами.

В 1990 г. - уехал в США, где с 1990 по 1992 г. проходил обучение в Уортонской школе бизнеса (Wharton Business School) при университете штата Пенсильвания.

В 1992-1995 гг. - работал экспертом по российской банковской системе в отделе развития частного сектора во Всемирном банке.

В 1995 г. - вернулся в Москву и занял пост генерального директора инвестиционно-брокерской компании «Альянс-Менатеп». В феврале 1997 г. Юрий Мильнер стал заместителем председателя правления и начальником инвестиционного управления банка «Менатеп».

В 1998 г.- вновь занял пост гендиректора ЗАО «Альянс-Менатеп». В том же году стал генеральным директором инвестиционного фонда New Trinity Investments (по другим данным, этот пост он занял в 1997 г.).

В 2000 г. (по другим данным в 1999 г.) - возглавил компанию ООО «Нетбридж Сервисиз» (netBridge Servises), которая менее чем за год работы стала одним из лидеров рынка. Используя принцип переноса различных американских интернет-моделей на российскую почву, компания создала ряд проектов, таких как портал List.ru, интернет-аукцион Molotok.ru (созданный по аналогии с eBay), бесплатный web-хостинг Boom.ru (аналог Geocities) и интернет-магазин 24х7 (наподобие Amazon.com).

В феврале 2001 г. - компании netBridge и Port.ru, владевшая активами портала Mail.ru, сообщили о своем объединении. Мильнер стал генеральным директором новой компании Mail.ru (юридическое название - Port.ru - было сохранено).

В январе 2003 г. - был назначен генеральным директором, председателем правления ООО «Управляющая компания «Концерн Нефтяной».

В 2005 г. - был основан фонд Digital Sky Technologies (DST). Он принадлежит трем российским бизнесменам: Юрию Мильнеру, Григорию Фингеру и Алишеру Усманову.

Как сообщалось в СМИ, к середине 2010 г. DST приобрела полный контроль над социальной сетью «Одноклассники.ru» и консолидировала 99,9% акций Mail.ru. В обмен на акции Mail.ru DST отдала 28,7% своих собственных акций южноафриканской Naspers.

В сентябре 2010 г. было объявлено о реорганизации DST: все российские операционные активы компании были объединены в Mail.ru Group, а международные активы перешли под контроль DST.

Учредителями Mail.ru Group стали Мильнер и Фингер. Мильнер занял пост председателя совета директоров Mail.ru Group и генерального директора DST.

Вместе с создателем Google Сергеем Брином и главой Facebook Марком Цукербергом основал премию Breakthrough Prize, которая вручается ученым за достижения в области математики, фундаментальной физики и науках о жизни.

В 2010 г. - стал единственным российским лауреатом престижной ежегодной премии Crunchies 2010 в номинации «Инвестор года», которую присуждает авторитетный техноблог TechCrunch лучшим проектам и персонам в IT-сфере.