Из Владивостока семья переехала в Ленинград, а во время войны Юрий Томин был эвакуирован сначала под Сталинград, затем в Горький, вернулся Ленинград в 1945 году. Поступил в Ленинградское высшее мореходное училище, однако проучился в там лишь год, после чего перешел на физический факультет ЛГУ, который окончил в 1952 году, получив специальность «геофизик». Работал по специальности с 1952 по 1955 год в Западной Сибири, одновременно аспирант Института метрологии им Д. И. Менделеева, в 1955—1959 годах преподавал в вузе.
Литературную карьеру начал в 1957 году с публикацией в журнале «Костёр». В 1959—1960 годах был редактором детского журнала «Искорка» в Ленинграде.
Ранние книги Юрия Томина «Повесть об Атлантиде» (1959) и сборник рассказов «Алмазные тропы» (1960) написаны в реалистической манере. С начала 1960-х годов начал писать в жанре литературной сказки и фантастики. Самое известное произведение Томина в этом жанре — повесть «Шёл по городу волшебник…» (1963). Она была экранизирована в 1970 году — фильм «Тайна железной двери». Среди других можно отметить дилогию — «Карусели над городом» (1979) и «А, Б, В, Г, Д и другие» (1982). По повести «Карусели над городом» писатель написал оригинальный сценарий фантастического фильма «Летние впечатления о планете Z» (1986). В реалистической манере также написана повесть Томина «Витька Мураш — победитель всех» (1974).
