Γεννήθηκε κοντά στο Κλούσινο, κοντά στο Γκζατσκ, δυτικά της Μόσχας.
Οι γονείς του δούλευαν στην κολλεκτίβα της περιοχής.
Ο ίδιος, αφού δούλεψε σε χυτήριο, παρακολούθησε την τεχνική σχολή του Σαράτωφ, όπου άρχισε και τις πρώτες του πτήσεις με ελαφρά αεροπλάνα.
Το 1955, ακολουθώντας το πάθος του για τα αεροπλάνα, μπήκε στη Σχολή Πιλότων στο Όρενμπουργκ.
Αποφοίτησε το 1957 με επαίνους, και στη συνέχεια υπηρέτησε αρχικά με το Βόρειο Στόλο κοντά στον Αρκτικό Κύκλο, πετώντας σε εξαιρετικά δυσμενείς συνθήκες, ενώ αργότερα έγινε δοκιμαστής πιλότος, πετώντας καινούργια και πειραματικά αεροσκάφη.
Το 1959 επιλέχτηκε, μαζί με 20 άλλους, για να εκπαιδευτεί ως κοσμοναύτης, με σκοπό την πρώτη πτήση ανθρώπου στο διάστημα.
Ακολούθησε μια πολύ σκληρή διαδικασία επιλογής και εκπαίδευσης.
Οι υποψήφιοι κοσμοναύτες έπρεπε, μεταξύ άλλων, να αντέξουν σε επιταχύνσεις 13 g, και η ψυχολογική εκπαίδευση περιελάμβανε ένα 24ωρο σε ένα σκοτεινό και ηχομονωμένο δωμάτιο.
Οι τελικοί υποψήφιοι για το πρώτο ταξίδι στο διάστημα ήταν ο Γκαγκάριν και ο Γκέρμαν Τίτωφ, που επιλέχτηκαν, εκτός από την άριστη επίδοσή τους κατά την εκπαίδευση, και για το μικρό τους ανάστημα (το ύψος του Γκαγκάριν ήταν μόλις 1,58), μιας και ο θάλαμος της κάψουλας που θα τους μετέφερε στο διάστημα ήταν εξαιρετικά περιορισμένος και το μικρό βάρος του κοσμοναύτη αποτελεί σημαντικό προσόν, αφού μειώνει το κόστος.
Η τελική απόφαση ήταν να πετάξει ο Γκαγκάριν, με τον Τίτωφ σαν εφεδρικό.
Έτσι, στις 12 Απριλίου 1961, Τετάρτη του Πάσχα, στις 09:07 ώρα Μόσχας, ο Γιούρι Γκαγκάριν ξεκίνησε για το ιστορικό του ταξίδι μέσα στο Βοστόκ 1.
Εικοσιπέντε λεπτά μετά την εκτόξευση, μπήκε σε μια ελλειπτική τροχιά με απόγειο 302 χιλιόμετρα, περίγειο 175 χιλιόμετρα και περίοδο 89 λεπτά και 34 δευτερόλεπτα, κινούμενος με ταχύτητα 7,61 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο (27.396 χιλιόμετρα ανά ώρα).
Το κωδικό του όνομα κατά τη διάρκεια της πτήσης ήταν Кедр (Κέδρος).
Πίσω στη Γη, τα νέα ήδη ξεκινούσαν για το γύρο του κόσμου.
Το Σοβιετικό Επιτελείο τον προήγαγε, όσο ήταν στο διάστημα, σε Ταγματάρχη – για την περίπτωση που δεν γυρνούσε. Μάλιστα, είχαν ετοιμαστεί τρία δελτία τύπου για την αποστολή πριν την εκτόξευση: ένα για την περίπτωση επιτυχίας και δυο για την περίπτωση αποτυχίας.
Ο Γκαγκάριν δεν είχε τον έλεγχο του σκάφους του, επειδή κανείς δεν ήξερε πώς οι συνθήκες κατά την πτήση θα επηρέαζαν τον άνθρωπο βιολογικά και ψυχολογικά ο συνδυασμός για το ξεκλείδωμα του χειριστηρίου βρισκόταν μέσα σ’ ένα σφραγισμένο φάκελο που είχε μαζί του, ενώ το σκάφος ελεγχόταν από επιτελείο επιστημόνων και τεχνικών στη Γη.
Μετά από 67 λεπτά σε τροχιά, το προσωπικό ελέγχου πτήσης έδωσε εντολή στο σκάφος να πυροδοτήσει τους κινητήρες επιβράδυνσης και να αρχίσει την επανείσοδό του στην ατμόσφαιρα.
Ο Γκαγκάριν δεν προσγειώθηκε μαζί με την κάψουλα, αλλά χρησιμοποίησε το εκτινασσόμενο κάθισμά του σε ύψος 7 χιλιομέτρων, και μετά από ελεύθερη πτώση χρησιμοποίησε το αλεξίπτωτό του και προσγειώθηκε κοντά στην πόλη Τακτάροβα.
Μια γυναίκα, η εγγονή της και η αγελάδα τους ήταν οι πρώτοι που είδαν τον Γκαγκάριν να επιστρέφει.
Η συνολική διάρκεια της αποστολής, που τελείωσε στις 10:55 ώρα Μόσχας με την προσγείωση του Γκαγκάριν, ήταν 108 λεπτά.
Μετά την πτήση του ο Γκαγκάριν έγινε παγκόσμια γνωστός, και ταξίδεψε σε πολλές χώρες προκειμένου να διαφημίσει την επιτυχία της Σοβιετικής Ένωσης.
Τιμήθηκε με το μετάλλιο Ήρωας της Σοβιετικής Ένωσης και εκλέχθηκε σε διάφορα αξιώματα, μεταξύ άλλων στη θέση του Αντιπροέδρου του Ανώτατου Σοβιέτ και στο Σοβιέτ των Εθνοτήτων.
