Родился 6 апреля 1942 года.
Работает в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований с 1965 г. после окончания физического факультета Воронежского государственного университета. Он является крупным ученым с мировым именем, внесший большой вклад в развитие ядерной физики и в частности физики тяжелых ионов Он инициировал создание и развитие нескольких направлений — механизма ядерных реакций со стабильными и радиоактивными пучками тяжелых ионов, синтеза и исследования свойств ядер у границ нуклонной стабильности. Под его руководством и непосредственном участии в Лаборатории был создан ряд крупных физических установок, обладающих уникальными характеристиками, на которых проводятся экспериментальные исследования свойств ядерной материи в экстремальном состоянии. С использованием этих установок им был впервые получен ряд важных результатов по механизму ядерных реакций с тяжелыми ионами, синтезу новых ядер у границ ядерной стабильности, по разработке новых методик., используемых в настоящее время на пучках ускорителей тяжелых ионов в Дубне и крупнейших научных центрах мира — ГАНИЛ (Франция), ВИКСИ (Германия), РИКЕН (Япония), ХЕНДЕС (Финляндия).
С 1979 года по настоящее время руководит научным сектором Лаборатории ядерных реакций, в котором под его руководством получен ряд фундаментальных результатов по синтезу и свойствам новых экзотических ядер.
С 1989 г. по 1997 г. являлся заместителем директора Лаборатории ядерных реакций по науке (в это время директорами Лаборатории были академики РАН Флеров Г. Н. и Оганесян Ю. Ц.).
Профессор Ю. Э. Пенионжкевич избран членом ученого совета национального центра ГАНИЛ (Франция), членом программного комитета Циклотронной лаборатории Юваскюльского университета (Финляндия). Руководит несколькими международными проектами. Многократно являлся председателем и членом различных международных конференций и симпозиумов. С 1991 года он является председателем традиционных Международных симпозиумов по физике экзотических ядер.
Автор и соавтор более 300 научных работ, нескольких монографий и научного открытия. За результаты исследований неоднократно удостаивался различных премий зарубежных научных центров. Он лауреат Премии ленинского комсомола, лауреат Международной премии им. Г. Н. Флерова, награжден несколькими медалями.
Активную научную деятельность Ю. Э. Пенионжкевич совмещает с работой по подготовке кадров. Под его руководством было защищено несколько десятков кандидатских и докторских диссертаций. Он руководит аспирантами Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ) и других российских университетов. По его инициативе в Лаборатории ядерных реакций создан филиал кафедры МИФИ, профессором которой он является с 1988 г. В настоящее время он исполняет обязанности заведующего этой кафедры.