Юрий Сергеевич Гребенщиков родился в Свердловске. Окончил Школу-студию МХАТ (1959 г.) С 1959 г. - актер театра им. К.С.Станиславского.
   В кино - с 1963 года.
   В 1982 году ушёл с Анатолием Васильевым в Театр на Таганке, репетировал пьесу В.И. Славкина «Серсо», премьера которой состоялась в июле 1985 года.
   С 1987 года начал работать в созданной Анатолием Васильевым «Школе драматического искусства».
   Юрий Гребенщиков был женат на актрисе Ольге Бган (1936-1978). Однако этот союз продлился недолго. Сын от второго брака — актёр Кирилл Гребенщиков (22.06.1972).
   25 января 1988 года Юрий Гребенщиков присутствовал на мероприятии в честь пятидесятилетнего юбилея со дня рождения Владимира Высоцкого в ресторане ВТО на Пушкинской площади в Москве. Поздним вечером актёр отправился домой пешком. Недалеко от станции метро "Сокол" его сбил автомобиль, за рулём которого находился поэт Александр Межиров. Поэт в испуге скрылся с места происшествия, не оказав пострадавшему помощи. Юрия Сергеевича в бессознательном состоянии доставили в больницу. Он скончался через четыре месяца в мае, так и не приходя в сознание.
   Похоронен актёр на Долгопрудненском (Южном) кладбище.
   Памяти Юрия Гребенщикова посвящён фильм Анатолия Васильева «Не идёт» (1994).