Родилась 27 ноября 1960 года в Днепропетровске в семье Людмилы Телегиной и Владимира Григяна. Перед окончанием школы взяла себе фамилию матери.
В 1984-м с красным дипломом окончила экономический факультет Днепропетровского государственного университета, получив квалификацию «инженер-экономист».
В 1999 года защитила диссертацию, став кандидатом экономических наук. В арсенале Тимошенко более 50 научных работ.
С 1979 года замужем за бизнесменом Александром Тимошенко. Супруг Тимошенко в политику не вникал вплоть до ареста жены в августе 2011 года. В январе 2012 года получил политическое убежище в Чехии. Александру Тимошенко приписывают строительный бизнес, которым он якобы сейчас занимается в Чехии.
Дочь Евгения Тимошенко (родилась 20 февраля 1980 г.) окончила Лондонскую школу экономики по специальностям политика и философия. В 2005 году вышла замуж за британского рок-музыканта Шона Карра, взяв его фамилию. Однако в 2012 году они развелись, и Евгения вернула себе фамилию Тимошенко.
27 декабря 2014 вышла замуж за бизнесмена Артура Леонидовича Чечеткина (род. август 1982), занимается недвижимостью в Бруклине. Супруги воспитывают троих детей.
Первым местом работы Тимошенко стал Днепровский машиностроительный завод им. Ленина, где она с 1984 по1988 гг. была инженером-экономистом. Однако уже в 1988 году супруги Тимошенко начинают свой бизнес — открывают сеть пунктов видеопроката.
С 1989 по 1991 гг. Тимошенко занимает пост коммерческого директора созданного с мужем Днепропетровского молодежного центра "Терминал".
В 1991 году они основывают корпорацию "Украинский бензин" (КУБ), которая занимается торговлей горюче-смазочными материалами, Тимошенко занимает пост гендректора.
С 1995 по 1997 гг. была президентом корпорации "Единые энергетические системы Украины" (ЕЭСУ) с оборотом $11 млрд, созданной на базе КУБа. На то время Тимошенко приписывают сотрудничество с премьер-министром Павлом Лазаренко, под покровительством которого ЕЭСУ получила монополию на торговлю российским природным газом в Украине.
В 1997 году Тимошенко стает народным депутатом, выиграв промежуточные выборы в мажоритарном округе Кировоградской области. Недруги приписывают ей быстрый политический рост благодаря сотрудничеству с Павлом Лазаренко, который в сентябре 1997 года возглавил Всеукраинское объединение "Громада". Тимошенко стала первым заместителем лидера партии.
В 1998 году избирается на второй срок в Верховную Раду, а уже в 1999-м создает фракцию «Батькивщина» и Всеукраинское объединение «Батькивщина», лидером которого ее и избирают. Однако в этом же году она уходит из парламента в Кабмин Виктора Ющенко на пост вице-премьер-министра ТЭК.
В это время у Тимошенко начинаются проблемы, так как ее деятельность не устраивает некоторых политиков и представителей бизнеса.
В августе 2000 г. арестовывают ее мужа Александра (руководителя ЕЭСУ), а в январе 2001-го ему предъявляют обвинение в контрабанде и служебном подлоге (освобожден в августе 2001 г.).
В это же время саму Тимошенко отправляют в отставку и арестовывают, обвиняя в контрабанде российского газа в Украину и неуплате налогов во время пребывания на должности. В СИЗО она провела 42 суток, но была освобождена, а обвинения против нее сняты.
В 2001 году также создает общественное объединение Форум национального спасения, цель которого — свергнуть режим Леонида Кучмы.
В 2002-м во главе созданного «Блока Юлии Тимошенко» (БЮТ) проходит в парламент и в конце этого же года становится лидером акции "Украина без Кучмы". В 2003 году суд снимает все обвинения с Тимошенко и ее мужа.
Во время «оранжевой революции» 2004 года становится одним из лидеров Майдана, отказавшись баллотироваться на президентский пост в пользу Ющенко. После его победы в феврале 2005 года впервые занимает пост премьер-министра, который, однако, покидает через семь месяцев в связи с «конфликтами внутри исполнительной ветви власти».
В этом году журнал Forbes вносит Тимошенко в рейтинг 100 самых влиятельных женщин планеты, а Экономический форум в Кринице Гурской признает ее "Человеком года Центрально-Восточной Европы".
На выборах 2006 года в четвертый раз становится народным депутатом — БЮТ занял второе место (после ПР) и получил 129 мандатов. Она отказалась подписать предложенный президентом Ющенко Универсал национального единства (который подписали все остальные парламентские партии), назвав его «прикрытием для предательства» и заявила о переходе в оппозицию. Буквально с начала каденции парламента Тимошенко заявила о необходимости досрочных выборов, назвав обманом избирателей переход социалистов в коалицию с "регионалами", а в 2007-м поддержала инициативу Ющенко по роспуску Рады.
На досрочных выборах в этом году БЮТ получил 156 мандатов и заключил соглашение о создании демократической коалиции с блоком «Наша Украина». Тимошенко со второго голосования вновь стала премьер-министром.
На 2008-2009 гг. приходится газовый конфликт с Россией. В январе 2009-го Тимошенко подписала с Владимиром Путиным так называемые «харьковские соглашения», газовые контракты, за которые ее постоянно критикует нынешняя власть.
В 2010 году участвовала в президентских выборах, однако в ходе напряженной борьбы уступила Виктору Януковичу 3% голосов. Созданная после этого в ВР новая коалиция лишила Тимошенко поста экс-премьера.
Начиная с мая 2010 года, ГПУ возбудила ряд дел против Тимошенко, самые известные из них: по Киотскому деньгам; по автомобилям для сельской медицины, по «газовому договору с Россией».
5 августа 2011 года ее арестовали в зале суда. С тех пор экс-премьер находится за решеткой. В октябре того же года ее осудили на 7 лет лишения свободы с возмещением убытков по «газовым контрактам». Отбывать наказание экс-премьера отправили в Качановскую исправительную колонию в Харькове. Однако 9 мая 2012 года из-за резкого ухудшения здоровья, после многочисленных требований ее соратников, Тимошенко перевели в больницу «Укрзализныци».
Защита экс-премьера подала несколько жалоб в ЕСПЧ, и в 2013 году он признал арест Тимошенко незаконным.
Европа признала Тимошенко политзаключенной и требовала ее освобождения как одного из главных условий подписания Украиной Соглашения об ассоциации с Евросоюзом.
20 августа 2013 года нынешний руководитель фракции «Батькивщина» в ВР Арсений Яценюк заявил, что кандидатом в президенты на выборах 2015 года от ВО «Батькивщина» будет Юлия Тимошенко.
22 февраля 2014 года постановлением Верховной Рады была декриминализирована статья, по которой осуждена Тимошенко. В тот же день она вышла на волю и прилетела из Харькова в Киев, где выступила на Майдане.
С освобождением Юлию Тимошенко поздравили правительство и государственные лидеры США, Канады, Германии, Венгрии, Литвы, ведущие политики Европейского Союза и американские сенаторы.
28 февраля 2014 года Киевский районный суд Харькова закрыл производство по уголовному делу о нарушениях в деятельности корпорации «Единые энергетические системы Украины» в связи с отказом прокуроров от обвинения (за отсутствием состава преступления).
В тот же день Верховная Рада приняла закон «О реабилитации лиц на выполнение решений Европейского суда по правам человека», согласно которому Тимошенко была реабилитирована и восстановлена во всех правах.
Бывший первый заместитель Генпрокурора Ренат Кузьмин в эфире программы «Шустер LIVE» признал, что «фактов получения … экс-премьер-министром (Юлией Тимошенко), денег или других материальных ценностей, или коррупционных действий обнаружено не было».
Заместитель Генерального прокурора Николай Голомша, который в 2003—2004 годах занимался уголовными делами, возбуждёнными против Юлии Тимошенко заявил, что оснований для возбуждения уголовных дел против Тимошенко не было.
14 апреля 2014 года Верховный Суд Украины в ходе совместного заседания всех палат решением 42 из 48 судей закрыл «газовое» дело Юлии Тимошенко за отсутствием события преступления.
22 января 2015 года Европейский суд по правам человека опубликовал решение по второй жалобе Юлии Тимошенко и подтвердил нарушения статей 18 (пределы использования ограничений в отношении прав, политическая мотивация уголовного дела), статья 3 (запрещение пыток), статья 8 (право на уважение частной и семейной жизни), статья 10 (свобода выражения мысли) в сочетании со статьей 18 Европейской конвенции о правах человека. Таким образом, ЕСПЧ признал политические преследования и пытки и поставил окончательную точку во всех уголовных делах, возбуждённых против Юлии Тимошенко.
На внеочередных парламентских выборах 2019 Юлия Тимошенко возглавила избирательный список партии Батькивщина. На выборах партия Батькивщина получила в Верховной Раде Украины IX созыва 24 депутатских места по партийным спискам, партия набрала 8,18% голосов избирателей. 29 августа 2019 года Юлия Тимошенко была избрана главой фракции Батькивщина в парламенте IX созыва. В Верховной Раде IX созыва Юлия Тимошенко будет работать в комитете по вопросам социальной политики и защиты прав ветеранов.