Юрий Иванович Пименов родился 26 ноября 1903 года в семье помощника адвоката и дочери купца Бабанина в 1903 году. С семилетнего возраста начал обучаться в гимназии, много рисовал. Отец и школьный учитель поддержали изобразительные наклонности мальчика и в 1915 году устроили его в воскресную школу живописи в Замоскворечье.
В начале 1920 года Юрий был принят на учебу во ВХУТЕМАС. В 1925 году под руководством преподавателя Давида Штеренберга было организовано общество станковистов (ОСТ), к которому присоединился Юрий Пименов. В 1931 году ОСТ распалось, часть членов создала объединение «Изобригада», к нему примкнул и Пименов. В этом же году Юрий Пименов заключил брак с Натальей Бернадской. Молодой человек трепетно относился к супруге и часто изображал её на картинах.
В период Великой Отечественной войны Юрий Пименов трудился над «Окнами ТАСС», создавая плакаты с призывами к защите Родины. В 43-ем он был отправлен на Северо-Западный фронт, позже в Ленинград.
После войны художник был приглашен во ВГИК в качестве преподавателя, принимал участие в работе над кинофильмом «Кубанские казаки», оформлял театральные постановки, иллюстрировал книги и увлечённо рисовал городские пейзажи послевоенной Москвы и натюрморты.
За театральные декорации художник дважды удостаивался государственной премии. В 1954 году Пименов был приглашён в АХ СССР, а в 1962 избран академиком. На склоне лет получил звание народного художника СССР и высокую награду Советского Союза — орден Ленина.
Талантливый живописец ушёл из жизни 6 сентября 1977 года.