В 1982 году окончил Военный инженерный Краснознамённый институт имени А. Ф. Можайского с дипломом «инженер-механик» по специальности «космические аппараты».

С 1982 по 1986 год проходил службу в качестве инженера и старшего инженера отделения в стартовой команде на 31-й площадке космодрома Байконур.

С января 1987 — помощник ведущего инженера, с апреля 1993 — ведущий инженер, с августа 1994 — начальник группы представительства Заказчика при РКК «Энергия» им. С. П. Королева. В феврале 1996 года решением Государственной межведомственной комиссии (ГМВК) отобран в качестве кандидата в космонавты от военно-космических сил (ВКС) РФ.

В 1991—1995 годах заочно учился в Военной академии им. Ф. Э. Дзержинского по специальности «инженер-экономист».

В мае 1996 года назначен на должность кандидата в космонавты-испытатели Главного центра испытаний и управления (ГЦИУ) ВКС.

С июня 1996 по март 1998 года прошёл курс общекосмической подготовки, после чего назначен на должность космонавта-испытателя ГЦИУ РВСН.

20 марта 1998 года — решением Межведомственной квалификационной комиссии присвоена квалификация «космонавт-испытатель» (бортинженер).

2 сентября 1998 года приказом МО РФ переведен в отряд космонавтов РГНИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина на должность космонавта-испытателя (бортинженера).

24 февраля 1998 года — решением ГМВК назначен космонавтом-исследователем в дублирующий экипаж 26-й основной экспедиции (ЭО-26) на ОК «Мир», но к подготовке не приступал, так как 12 мая 1998 года по состоянию здоровья заменён в экипаже Олегом Котовым.

С октября 1998 года — подготовка к полётам в составе группы по программе МКС.

С 14 по 24 октября 2004 года совершил космический полёт в качестве бортинженера основного экипажа корабля «Союз ТМА-5» по программе 7-й экспедиции посещения Международной космической станции. 26 февраля 2005 года присвоено звание Героя Российской Федерации.

6 мая 2010 года лётчик-космонавт Юрий Георгиевич Шаргин был уволен в запас из Вооружённых сил РФ.

Космонавтика на Петроградской Стороне: 50-летию полета Ю. Гагарина в космос посвящается / составитель Ю. Н. Антонов и другие. - Санкт-Петербург : Инкери, 2014. - 104 с.