Литературовед, культуролог и семиотик. Родился 28 февраля 1922 года в Петрограде. Отец — юрист. Учился в Петришуле с 1930 по 1939 год, затем в Ленинградском университете. Был призван на военную службу в 1940 году. Участник Великой Отечественной войны. После окончания университета в 1950 году и до конца жизни работал в Тарту в связи с более либеральной обстановкой в академических кругах Эстонии; профессор Тартуского университета. В марте 1951 года женился на Заре Григорьевне Минц (1927—1990) — литературоведе, специалисте по изучению творчества А. А. Блока и русского символизма, профессоре Тартуского университета. У них трое сыновей: Лотман, Михаил Юрьевич (р. 1952), профессор семиотики и литературоведения Таллинского университета, член Рийгикогу (Эстонский парламент) в годах 2003—2007
Лотман, Григорий Юрьевич (р. 1953), художник Лотман, Алексей Юрьевич (р. 1960), биолог, член Рийгикогу (Эстонский парламент) в годах 2007—2011.
Один из основоположников Тартуско-московской семиотической школы. Член-корреспондент Британской академии наук (1977), член Норвежской академии наук (1987), академик Шведской королевской академии наук (1989) и член Эстонской академии наук.
В конце 1980-х годов создал серию познавательных телевизионных передач «Беседы о русской культуре».
Во время перестройки участвовал в политической жизни Эстонии. В октябре 1988 года был избран в совет уполномоченных Народного фронта Эстонии.
Член ВКП(б) с 1942 года.
Умер 28 октября 1993 года в Тарту, Эстония.