Юлий Шокальский — сын Екатерины Ермолаевны Керн, дочери Анны Петровны Керн, в девичестве — Полторацкой. Сын А. С. Пушкина, Григорий Александрович, живя долгое время в селе Михайловское, помогал Екатерине Ермолаевне в воспитании её сына Юлия, ставшего впоследствии учёным — географом.
Закончил Морское училище гардемарином в 1877 году, через год был произведен в чин мичмана и сразу же поступил на учебу в Николаевскую Морскую академию. После окончания гидрографического отдела академии по 1-му разряду (1880) приступил к научной работе в области географии.
Сначала Шокальский заведовал отделением морской метеорологии и предупреждений о штормах в Главной физической обсерватории. Хотя он пробыл в ней недолго, он успел написать свои первые научные работы по морской метеорологии.
Затем он перешел в морское училище, где начал преподавать математику, навигацию и физическую географию. Здесь Юлий Михайлович обнаружил блестящие педагогические способности. Будущие моряки горячо любили и уважали своего талантливого учителя и воспитателя. Шокальский не оставлял педагогической работы до самой смерти. Он преподавал в Морской академии, в Ленинградском университете и в других учебных заведениях.
Ещё во время работы в обсерватории его избрали действительным членом Русского географического общества, которое было в то время центром географических наук в России. Во главе его (в качестве вице-председателя) стоял знаменитый географ Петр Петрович Семенов-Тян-Шанский. В 1914 году, после смерти Семёнова-Тян-Шанского, вице-председателем Русского географического общества стал Юлий Михайлович. Председателем же был Великий князь Николай Михайлович.
11 марта 1917 года, когда после Февральской революции, Николай Михайлович сложил с себя председательские полномочия, он в личной записке предложил Шокальскому занять этот пост. Так Шокальский стал председателем Русского географического общества. Суммарно его деятельность в обществе продолжалась 58 лет, из них 23 года после 1917 года, когда он был президентом Общества.
Начиная с 1897 года Шокальский в течение четырех лет занимался исследованием Ладожского озера. Он определил площадь озера, измерил глубины, вычислил объем его водной массы и особенно тщательно изучил термический (тепловой) режим озера.
Занимаясь многими вопросами географии, Шокальский больше всего интересовался океанографией и картографией.
С 1907 года он руководил в Главном гидрографическом управлении работами по исследованию наших морей и всего Мирового океана. Он же ввел в науку понятие «Мировой океан», считая все океаны — Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый, Тихий — частями Мирового океана. Свои многолетние научные работы по изучению морей Юлий Михайлович обобщил в капитальном труде «Океанография», который вышел в свет в 1917 году.
В советское время перед ученым открылись широкие перспективы деятельности. Шокальского привлекли к работе в Комиссии по введению международной системы времени по часовым поясам (поясное время было введено по всей нашей стране в 1919 году). Продолжал преподавать в Морской академии (до 1930), был старшим руководителем кафедры океанографии и возглавлял гидрографический факультет. Создал единственный в стране Океанографический кабинет.
В 1923—1927 годах Шокальский руководил океанографической экспедицией по комплексному изучению Черного моря, исследовал Ладожское озеро, реки Вычегду, Тавду и другие. Выступил инициатором развития гидрографических исследований в арктических морях, был одним из ведущих разработчиков научной программы освоения и использования Северного морского пути. Работал в Геодезическом комитете Госплана СССР и Главном управлении гидрометеорологической службы.
Юлий Михайлович всегда проявлял живой интерес к полярным проблемам. Он многое сделал для изучения Северного морского пути и Арктики. И не случайно его имя увековечено на картах в полярных областях.
Именем Шокальского названы:
С 1908 по 26 марта 1940 года — доходный дом Н. Ф. и Ф. Ф. Комиссаржевских, Английский проспект, 27, кв. 19.