پدر یوری گاگارین، الکسی ایوانویچ یک کشاور بود. مادرش، آناتیموفیونا، یک چوپان. وی در سال ۱۹۴۱ پا به مدرسه گذاشت، اما حمله نازی‌ها، باعث تعطیلی مدرسه شد.
بعد از جنگ به شهر کوچک گژاتسک که امروز به افتخار او، گاگارین نامیده می‌شود، مهاجرت کردند و یوری مجددا به مدرسه رفت. او پس از پایان دوره دبستان، به هنرستان فنی ریخته‌گری در شهر لیوبرتسی در نزدیکی مسکو روی آورد همچنین به تحصیل در دبیرستان شبانه پرداخت.
یوری گاگارین بعد از یک سال به ساراتف رفت. در آنجا به عضویت باشگاه هوایی ساراتف درآمد. در بهار ۱۹۵۵ توانست از هنرستان فنی فلزات فارغ‌التحصیل شود و همزمان دیپلم آموزشگاه پرواز را نیز به دست آورد. گاگارین در تابستان همان سال به آموزشگاه خلبانی اورنیورگ وارد شد و در نوامبر سال ۱۹۵۷ با والنتیا ازدواج کرد. در بهار ۱۹۵۹ اولین فرزندشان به دنیا آمد؛ دختری که او را یلنا نام نهادند.
در اواخر سال ۱۹۵۹ گاگارین همراه با ۱۹ خلبان دیگر برای سفر به فضا انتخاب شد. در ۷ مارس ۱۹۶۱ دومین دخترش به دنیا آمد و نامش را گالینا گذاشتند.
پرواز تاریخی او در ۱۲ آوریل ۱۹۶۱ انجام شد. این سفر که با سفینه «وستک - ۱» صورت گرفت، یک ساعت و ۴۸ دقیقه طول کشید و در جریان آن، گاگارین یک بار زمین را دور زد.
در سال‌های بعد، او به عنوان معلم فضانوردان کار می‌کرد و معاونت ژنرال کامانین، رئیس کمیسیون برنامه‌های فضایی را بر عهده داشت. وی در سپتامبر ۱۹۶۱ برای انجام تحصیلات عالی، وارد آکادمی نیروی هوایی موسوم به «ژوکوفسکی» شد که یکی از معتبرترین دانشکده‌های نیروی هوایی جهان است و تحصیلاتش را در فوریه ۱۹۶۸ با نمرات به پایان رساند.
گاگارین در کنار کارهای رسمی خود، مثل آموزش فضانوردان، تحصیل در آکادمی و شرکت در کنفرانس‌ها، به انجام کارهای جنبی نیز می‌پرداخت. به طور مثال، در تالیف کتاب «روان‌شناسی فضا» با ولادیمیر لبدف همکاری کرد. او سرپرستی کمیسیون فنی فدراسیون اسکی روی آب و مسئولیت انجمن دولتی شوروی و کوبا را بر عهده داشت.
روز ۲۷ مارس ۱۹۶۸ گاگارین به اتفاق ولادیمیر سریو گن مربی معروف هوانوردی روسیه با یک هواپیمای «میگ - ۱۵» از فرودگاه چکالفسکی در حومه مسکو عازم یک تمرین شد. این پرواز با سقوط هواپیما در ۴۸ کیلومتری شرق مسکو، پایان یافت و به این ترتیب، پرونده زندگی نخستین پیشتاز فضا برای همیشه بسته شد.
خاکستر او و سریو گن، در دیوار کرملین به خاک سپرده شده است. این کار فقط برای قهرمانان درجه یک انجام می‌شود. همچنین به افتخار او یکی از دهانه‌های آتشفشانی ماه، گاگارین نام گرفت.