Родился 13 июля 1920 года в городе Петроград (ныне – Санкт-Петербург) в семье служащего. Русский. Окончил среднюю школу, 3 курса Ленинградского кораблестроительного института. Призван в армию 22 июля 1941 года. 20 декабря 1941 года окончил в звании лейтенанта 2-е Ленинградское Краснознаменное  артиллерийское училище, эвакуированное в город Белорецк (ныне – Республика Башкортостан). Получил назначение командиром взвода в город Златоуст.

В действующей армии с апреля 1942 года на Северо-Западном фронте. В боевых действиях (Демянская наступательная операция) принимал участие с 2 мая 1942 года в районе станции Любница (Валдайский район Новгородской области, в 40 км севернее Демянска). Был ранен 23 мая, эвакуирован в госпиталь, в город Чебоксары.

После выздоровления в августе 1942 года был направлен в Тесницкие лагеря под Тулой, где заново формировалась 95-я стрелковая дивизия. Получил назначение в 57-й артиллерийский полк этой дивизии.

В составе 57-го (1 марта 1943 года – 159-го гвардейского)  артиллерийского полка  этой дивизии (с 1 марта 1943 года – 75-й гвардейской)  сражался до конца войны на Сталинградском, Донском, Центральном, 1-м Украинском, Белорусском, 1-м Белорусском, 3-м и 1-м Прибалтийских, снова 1-м Белорусском фронтах.

Гвардии майор Ю.Д.Сергеев особо отличился в Берлинской операции при форсировании Одера.

17 апреля 1945 года в районе населенного пункта Ной Глитцен на переправочных средствах, сделанных силами дивизиона, первым из артиллерии дивизии вместе с пехотой переправил 2 пушки с их расчетами, а затем в условиях артиллерийско-минометного и пулеметного огня сумел организовать и переправить весь дивизион на западный берег реки Одер.
Дивизион под командованием гвардии майора Ю.Д.Сергеева, поддерживая пехоту, в течение дня на занятом плацдарме отразил пять контратак противника, своим огнем обеспечил закрепление, а впоследствии – расширение занятого плацдарма. Артиллерийским огнем дивизиона было уничтожено 14 огневых точек, 3 батареи 81-мм минометов, подавлен огонь двух артиллерийских батарей, разбито 3 дзота, уничтожено и рассеяно до двух рот пехоты противника.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 мая 1945 года за умелое командование дивизионом, мужество и героизм, проявленные при форсировании реки Одер и в боях на захваченном плацдарме, Сергееву Юрию Дмитриевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

После окончания войны Ю.Д.Сергеев продолжал службу в Советской Армии. В феврале 1946 года вместе со своим полком вернулся из Германии на Родину. Поступил в Военную артиллерийскую академию имени Ф.Э.Дзержинского, которую окончил в 1951 году.

После окончания академии направлен для дальнейшего прохождения службы в Группу советских войск в Германии. Служил заместителем командира 148-й пушечной артиллерийской бригады 34-й пушечной артиллерийской дивизии в Потсдаме, с 1954 года – командиром 65-й тяжелой минометной бригады  6-й артиллерийской дивизии прорыва в городе Ратенов.

В 1961 году окончил Высшие академические курсы при Военной артиллерийской Академии. С 1975 года полковник Ю.Д.Сергеев – в  запасе. Работал заместителем директора Ленинградского металлического  завода, председателем Ждановского райсовета общества спасения на водах в Ленинграде.

Скончался 17 сентября 2003 года. Похоронен на Серафимовском кладбище в Санкт-Петербурге.

Награждён орденами Ленина (31.05.1945), Красного Знамени (26.04.1945), Отечественной войны 1-й (11.03.1985) и 2-й (23.10.1943) степени, 2 орденами Красной Звезды (17.07.1943, 9.07.1944), орденом «За службу Родине в Вооружённых Силах СССР» 3-й степени, медалями, в том числе «За отвагу» (19.02.1943).

12 декабря 1942 года Ю.Д.Сергееву было присвоено звание старшего лейтенанта, 16 января 1943 года он был назначен помощником начальника штаба полка.

Помощник начальника штаба по разведке 57-го артиллерийского полка старший лейтенант Ю.Д.Сергеев 25 и 26 сентября 1942 года, когда  в районе Мамаева кургана к командному пункту  полка просочилось до роты автоматчиков, организовал оборону, сам в упор расстреливал автоматчиков. Атака была отбита, ружейно-пулеметным огнем уничтожено до 2 взводов автоматчиков.
С 1 по 26 января 1943 года в период наступательных  боев в районах «Баррикады», высота 107,5, химический завод  под огнем противника с наблюдательного пункта разведал 17 огневых точек, 9 дзотов, 3 минометных батареи, 4 автомашины, скопление до 2 батальонов пехоты противника. Все цели уничтожены артиллерийским огнем полка. Был награжден медалью «За отвагу».

В марте 1943 года 75-я гвардейская стрелковая дивизия прибыла на Центральный фронт, в мае – вошла в состав 13-й армии.

С 5 июля 1943 года принимал участие в составе 13-й армии в оборонительной фазе Курского сражения на северном фасе Курской дуги, в районе станции Поныри, на Ольховатском направлении. Затем участвовал в Орловской наступательной  операции (12 июля – 18 августа 1943 года).

Гвардии старший  лейтенант Ю.Д.Сергеев в районе Поныри с 5 по 10 июля 1943 года неустанно организовывал наблюдение и разведку. Выявленные цели немедленно сообщал в подразделения, которые их уничтожали артиллерийским огнем. 6 и 7 июля все время находился на передовом наблюдательном пункте, вел наблюдение и разведку. Выявил скопление танков в количестве до 150 штук в роще «Квадратная» и скопление пехоты на высоте 248,1,  готовящейся к атаке. Атака пехоты и танков была отбита артиллерийским огнем полка. Был награжден орденом Красной Звезды.

28 июля 1943 года Ю.Д.Сергееву было присвоено звание гвардии капитана.

С 26 августа по 30 сентября 1943 года на Центральном фронте в составе 60-й армии участвовал в Черниговско-Припятской наступательной операции, в ходе которой 75-я гвардейская стрелковая дивизия двигалась на запад, освобождая левобережную Украину, в том числе город Бахмач Черниговской области.

23-24 сентября  дивизия перешла через Десну и вышла к Днепру севернее  Киева. 26 сентября дивизия переправилась через Днепр в районе севернее Вышгорода и до ноября вела бои по закреплению и расширению плацдарма, в том числе за населенные пункты Глебовка, Ясногородка, Толокун.

Гвардии капитан Ю.Д.Сергеев с  24 сентября по 3 октября 1943 года, ведя разведку целей с наблюдательного пункта под артиллерийско-минометным обстрелом и ружейно-пулеметным огнем, обнаружил 8 танков, 2 самоходных орудия «Фердинанд», 4 минометных батареи, скопление автомашин и повозок с грузами, до полка пехоты противника. Своевременно сообщив эти данные в штаб полка, дал возможность полку отбить 13 контратак противника, подавить и частично уничтожить разведанные цели. Был награжден орденом Отечественной войны 2-й степени.

На 1-м Украинском фронте в составе 60-й армии участвовал в Киевской наступательной операции (3 – 13 ноября 1943 года), в ходе которой его дивизия, освободив на Днепровском плацдарме поселок Дымер,  продвигалась на юго-запад по территории Киевской, а затем Житомирской области (Радомышльский и Брусиловский районы).

С 13 ноября по 1 декабря 1943 года участвовал в Киевской оборонительной операции -  отражении германского контрнаступления на Киев в районе Коростышев – Радомышль (северо-восточнее Житомира).

На Белорусском (с 24 февраля 1944 года – 1-м Белорусском) фронте в составе 65-й армии участвовал в  Калинковичско-Мозырской наступательной операции (8 – 30 января 1944 года); Белорусской стратегической операции «Багратион» – Бобруйской  (24 – 29 июня 1944 года), Минской (29 июня – 4 июля 1944 года) и Люблин-Брестской (18 июля – 2 августа 1944 года) наступательных операциях, в том числе в освобождении города Барановичи.

Во время Бобруйской операции, участвуя в боях по прорыву долговременной обороны в районе поселка Паричи (Гомельская область Белоруссии), помощник начальника штаба 159-го гвардейского артиллерийского полка гвардии капитан Ю.Д.Сергеев умело планировал детали артиллерийского наступления, на огневых позициях руководил подготовкой к прорыву. Благодаря четкому планированию огня и огневых задач, огнем полка было полностью подавлено огневое сопротивление противника, и пехота имела успех.
26.06.1944 в районе населенного пункта Селище во время отсутствия связи с дивизионами под артиллерийско-минометным обстрелом отправился на огневую позицию батареи, организовал быстрое перемещение боевого порядка и выдвинул батарею на прямую наводку. Батарея разбила 2 блиндажа,3 станковых пулемета, и пехота выполнила боевую задачу, поставленную перед полком. Был награжден вторым орденом Красной Звезды.

На 3-м Прибалтийском фронте участвовал в Рижской наступательной операции (14 сентября – 22 октября 1944 года) и освобождении Риги. После этого на 1-м Прибалтийском фронте в составе 61-й армии участвовал до 1 декабря 1944 года на Либавском направлении в боях по уничтожению Курляндской группировки противника, прижатой к морю.

С 9 ноября 1944 года Ю.Д.Сергеев командовал 2-м дивизионом 159-го гвардейского артиллерийского полка.
1 декабря 1944 года 75-я гвардейская стрелковая дивизия была выведена из боев и переброшена на 1-й Белорусский фронт, в район города Лукув, а затем на Магнушевский плацдарм на реке Висла.

В составе 61-й армии Ю.Д.Сергеев принимал участие в Варшавско-Познанской наступательной операции (14 января – 3 февраля 1945 года – составной части Висло-Одерской стратегической операции; Восточно-Померанской стратегической наступательной операции (10 февраля – 4  апреля 1945 года); Берлинской стратегической наступательной операции (16 апреля – 8 мая 1945 года).

В ходе Варшавско-Познанской операции 75-я гвардейская дивизия, наступая  с Магнушевского плацдарма, форсировала реку Пилица и стремительным маршем двинулась на северо-запад, обходя Варшаву с запада и громя отступающие части противника, по маршруту  Пясечно, Груйец, Баранув, Лович, Радзеюв, Иновроцлав, и далее, к концу операции освободив город  Шенланке (Тшцянка) в 30 км юго-западнее города Шнайдемюль (Пила)..

Во время Восточно-Померанской операции 61-я армия наносила удар из района Арнсвальде (Хощно) в направлении на Штаргард (Старгард-Щециньски), который был взят 3 марта с участием 159-го гвардейского артиллерийского полка. 20 марта с участием полка был взят город Альтдамм (Домбе), и дивизия вышла к Одеру в районе города Штеттин (Щецин).

В ходе этой операции  17 февраля 1945 года в районе населенного пункта Мушерин противник контратаковал боевые порядки дивизиона под командованием гвардии майора Ю.Д.Сергеева крупными силами пехоты и танков. Пушки дивизиона, который  находился без поддержки пехоты,  были установлены на прямую наводку и  отразили  три контратаки танков и пехоты противника, нанеся ему большие потери в живой силе и технике.
За 5 часов боя огнем дивизиона было подбито 2 самоходных орудия, 1 танк Т-4, уничтожено до 120 солдат и офицеров. До подхода стрелковых подразделений дивизион, благодаря смелым и решительным действиям командира, принял жесткую оборону и в течение 32 часов удерживал занимаемый рубеж. Лично находясь на поле боя и руководя боем, гвардии майор Ю.Д.Сергеев  своим примером воодушевлял личный состав дивизиона. Был награжден орденом Красного Знамени.

Во время Берлинской операции 75-я гвардейская стрелковая дивизия, форсировав Одер, двинулась с боями на запад, обходя Берлин с севера.  К концу операции вышла к Эльбе в районе населенного пункта Нитцов (50 км юго-западнее города Виттенберге), где встретилась с американцами.

При подготовке биографии, кроме указанных источников, использованы метериалы фронтовых дневников Ю.Д.Сергеева, размещенных мужем внучки Героя igor_skv на сайте «Guns.ru. Оружейный портал». Фотографии – с сайта «Невский мемориал».