Ю. В. Бромлей родился в Москве в 1921 году в семье известного историка В. С. Сергеева (1883—1941). После окончания школы в 1939 году поступает на физический факультет МГУ, но в том же году был призван в армию (отсрочка для студентов была отменена). Начало войны встретил авиамехаником на военном аэродроме вблизи Бреста.
На фронте вступил в ВКП(б) (1944).
Вернувшись с фронта в 1945 году, поступает на исторический факультет МГУ. После окончания обучения в 1950 году, Ю. В. Бромлей становится сотрудником Института славяноведения АН СССР, но позже переходит на работу в Отделение истории АН СССР. В 1956 г. защищает кандидатскую диссертацию, а в 1965 г. — докторскую. В январе 1966 г. назначается директором Института этнографии АН СССР.
Умер 4 июня 1990 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Ю. В. Бромлей автор многочисленных статей и трудов по этнографии. Среди них — «Этнос и этнография» (1973), «Современные проблемы этнографии» (1981), «Очерки теории этноса» (1987), «Этносоциальные процессы: теория, история, современность» (1987) и др. Под его руководством вышла 20ти томная энциклопедия « Страны и народы».
Основоположник дуалистической концепции этноса, Ю. В. Бромлей был противником пассионарной теории Л. Н. Гумилева, академик пишет: