Учился в Петришуле с 1930 по 1939 год, затем поступил на филологический факультет Ленинградского университета. Свою первую курсовую работу студент Лотман писал у В. Я. Проппа.

В октябре 1940 года со второго курса университета был призван на военную службу. Участник Великой Отечественной войны. Служил связистом в артиллерии. Гвардии сержант, командир отделения связи 1-й батареи 68-го гвардейского армейского пушечного артиллерийского полка, командир отделения связи управления 3-го дивизиона 38-й гвардейской армейской пушечной артиллерийской бригады. Был контужен, за боевые отличия награждён орденом Красной Звезды (22.03.1945), орденом Отечественной войны II степени (17.05.1945), медалью «За отвагу» (05.10.1944), медалью «За боевые заслуги» (10.02.1944). Демобилизован в 1946 году. Член ВКП(б) с апреля 1943 года.

После окончания Ленинградского университета в 1950 году получил место старшего преподавателя Педагогического института в Тарту. В 1952 году защитил кандидатскую диссертацию «А. Н. Радищев в борьбе с общественно-политическими воззрениями и дворянской эстетикой Н. М. Карамзина». С 1954 года в Тартуском университете, в 1960—1977 годах — заведующий кафедрой русской литературы, с 1963 года — профессор. Докторскую диссертацию «Пути развития русской литературы преддекабристского периода» защищал в Ленинградском университете в 1961 году (официальный оппонент — Г. П. Макогоненко).

Лотман — один из первых разработчиков структурно-семиотического метода изучения литературы и культуры в советской науке, основоположник Тартуско-московской семиотической школы.

Член-корреспондент Британской академии (1977), член Норвежской академии наук (1987), академик Шведской королевской академии наук (1989) и член Эстонской академии наук.

В начале января 1970 года сотрудники КГБ провели в квартире Лотмана обыск по делу Натальи Горбаневской. Поездки за рубеж ему были запрещены.

В конце 1980-х годов создал серию познавательных телевизионных передач «Беседы о русской культуре».

Во время перестройки участвовал в политической жизни Эстонии. В октябре 1988 года был избран в совет уполномоченных Народного фронта Эстонии.

В 1993 году Юрий Лотман стал лауреатом академической премии им. А. С. Пушкина с формулировкой: за работы: «Александр Сергеевич Пушкин. Биография писателя» и «Роман А. С. Пушкина „Евгений Онегин“. 28 октября того же года умер в Тарту и был похоронен на тартуском кладбище Раади.

Научные взгляды

В центре внимания Лотмана находятся вопросы культуры и искусства, которые он рассматривает как «вторичные моделирующие системы». Первичной моделирующей системой при этом оказывается язык. Функцией культуры и искусства является борьба с энтропией и хранение информации, а также коммуникация между людьми. Искусство является частью культуры наряду с наукой.

Семья

В марте 1951 года женился на Заре Григорьевне Минц (1927—1990) — литературоведе, специалисте по изучению творчества А. А. Блока и русского символизма, профессоре Тартуского университета.

Сыновья:

• Лотман Михаил Юрьевич (род. 1952), профессор семиотики и литературоведения Таллинского университета, член Рийгикогу (Эстонский парламент) в 2003—2007 годах, председатель городского собрания Тарту с 2011 года;
• Лотман Григорий Юрьевич (род. 1953), художник;
• Лотман Алексей Юрьевич (род. 1960), биолог, член Рийгикогу (Эстонский парламент) в 2007—2011.

6 октября 2007 года перед зданием библиотеки Тартуского университета был открыт памятник Ю. М. Лотману. Скульптор Мати Кармин, архитектор Андрес Лунге.

В 2009 году в Тарту была открыта памятная доска на доме, где Ю. М. Лотман провел последние годы жизни.

 Адрес: W. Struve tn, Тарту, Эстония