Родился 14 апреля 1933 в г. Ростове-на-Дону.
В 1956 году окончил МИФИ.
Доктор физико-математических наук (1970).
Член-корреспондент АН СССР c 1990 г. — Отделение ядерной физики (ядерная физика).
Академик РАН с 2003 г. — Отделение физических наук РАН.
Председатель Научного совета РАН по прикладной ядерной физике.
Ю. Ц. Оганесян входит в редколлегию и редсоветы журналов «Физика элементарных частиц и атомного ядра», «Europhysics news» и «Ядерная физика». В течение многих лет был членом редакционного совета «J. Phys. G», «Nuclear Physics News International», членом Учёных советов GANIL (Франция) и RIKEN (Япония).
Профессор Университета г. Париж и Конан Университета (г. Кобе, Япония). Избран иностранным членом Сербской академии наук и искусств (1995 г.), иностранным членом Национальной Академии наук Армении. Почётный доктор Франкфуртского университета им. Гёте (Германия, 2002 г.), почётный доктор Университета Мессина (Италия, 2002 г.).
Свою научную деятельность Ю. Ц. Оганесян начал в Институте атомной энергии. Являясь ближайшим учеником академика Г. Н. Флёрова, он внёс большой самостоятельный вклад в развитие этого направления как в реализацию оригинальных физических идей, так и в становление экспериментальной базы ускорителей. С 1958 г. научная деятельность Ю. Ц. Оганесяна связана с Лабораторией ядерных реакций (ныне им. Г. Н. Флёрова) Объединённого института ядерных исследований в Дубне.
Ю. Ц. Оганесяном проведены фундаментальные исследования механизма взаимодействия сложных ядер. Им было обнаружено и исследовано влияние ядерной структуры на коллективное движение ядер в процессах слияния и деления, он является автором открытия нового класса ядерных реакций — холодного слияния массивных ядер (1974 г.), широко используемых по настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов вплоть до Z = 112.
Ю. Ц. Оганесяну принадлежат основополагающие работы по синтезу новых элементов на пучках тяжёлых ионов. В 1960—70-х гг. им с сотрудниками были впервые проведены эксперименты по синтезу элементов с Z = 104—108. Для исследований предельно тяжёлых ядер Ю. Ц. Оганесяном были выбраны реакции слияния нейтронно-обогащённых изотопов актинидов с ускоренными ионами кальция-48. В 1999—2010 гг. в этих реакциях были впервые синтезированы атомы с Z равными: 113 (2004 г.), 114 (1998 г.), 115 (2004 г.), 116 (2000 г.), 117 (2010 г.), 118 (2002 г.), свойства распада которых, а именно, значительное увеличение времени жизни (периода полураспада), доказывают существование «островов стабильности» в области сверхтяжёлых элементов. Одновременно, в гонке по открытию новых сверхтяжёлых элементов и экспериментальному доказательству существования «острова стабильности» участвовали коллективы ученых крупнейших лабораторий США, Германии, Японии и Франции.
Ю. Ц. Оганесян является соавтором открытия тяжёлых элементов таблицы Д. И. Менделеева: 104-го элемента — резерфордий, 105-го элемента — дубний, 106-го элемента — сиборгий, 107-го элемента — борий, что было признано как научные открытия и занесено в Государственный реестр открытий СССР.
Автор более 250 научных работ, 3 монографий и более 10 обзоров.