Народився 17 вересня 1976 р. в м. Києві. Батько, Юрій Миколайович, і мати, Наталія Михайлівна, свого часу закінчили Київський інститут народного господарства імені Д. С. Коротченка. В 1997 р. Юрій Вітренко також закінчив Київський національний економічний університет, здобувши диплом магістра з відзнакою за спеціальністю «Управління міжнародним бізнесом». Викладачам та однокурсникам Юрій запам’ятався завдяки неординарності мислення та підходів, а також неабиякій активності, особливо на практичних заняттях.

З 1998 до 2002 р. Юрій Вітренко обіймав різні посади в підрозділі менеджмент-консалтингу провідної міжнародної компанії у сфері надання аудиторських і консультаційних послуг «Price Waterhouse Coopers» («Coopers & Lybrand» до злиття із «Price Waterhouse»), остання з яких — старший консультант з питань фінансового управління у відділі управлінського консультування. Основними напрямами його роботи в компанії були: фінансовий менеджмент, фінанси, інформаційні системи для фінансового менеджменту, загальна стратегія, фінансова стратегія. Працював у команді, яка займалася розробкою проектів для найбільших ­вітчизняних і міжнародних компаній.

У 2002 р., склавши 14 кваліфікаційних іспитів і пройшовши необхідну практику, Юрій Вітренко став членом Асоціації присяжних сертифікованих бухгалтерів (АССА). З 2007 р. — почесний член (Fellow) цієї Асоціації. У 2004 р. закінчив програму «MBA» міжнародної бізнес-школи «INSEAD» (Франція, Сінгапур) і про­йшов практику в інвестиційному банку «Merrill Lynch», в інвестиційно-банківському підрозділі лондонського відділення якого працював у 2005–2006 рр. Брав участь у низці операцій зі злиття та поглинання компаній на ринку України, Росії та Східної Європи. З 2005 р. Ю. Ю. Вітренко — асоційований член (ASI) Лондонського інституту цінних паперів та інвестицій (Securities & Investment Institute), сертифікат 3-го рівня з цінних паперів і похідних фінансових інструментів (Certificate in Investments, Securities & Financial Derivatives).

Багаторічна співпраця пов’язує Юрія Вітренка з Національною акціонерною компанією «Нафтогаз України» — провідним підприємством паливно-енергетичного комплексу й однією з найбільших компаній України. З 2002 р. працював на посадах: помічника заступника голови правління (до виїзду на навчання за програмою «МВА» у 2003 р.), керівника підрозділу корпоративних фінансів, головного радника голови правління (2006–2007), позаштатного радника голови правління (2008–2014), директора з розвитку бізнесу (з 2014 р.). Юрій займався залученням найбільших міжнародних кредитів Нафтогазу та провів успішну реструктуризацію кредитів міжнародних банків і єврооблігацій на суму 1,6 млрд дол.

Упродовж 2008–2010 рр. Юрій Вітренко обіймав посаду старшого віце-президента та головного операційного директора фонду приватних інвестицій «Амстар Європа», що входить до міжнародної групи фондів «Амстар» зі штаб-квартирою в м. Денвері (США).

У 2010 р. заснував інвестиційну компанію «ЕйВайЕй Кепітал» («AYA Capital»). «AYA Capital» співпрацювала з найбільшими світовими інвестиційними банками в масштабних транзакціях із борговим та акціонерним капіталом в Україні. Крім іншого, компанія займається економічною аналітикою, національними та міжнародними оглядами.

Залишаючись генеральним директором «AYA Capital», у 2014 р. Ю. Ю. Вітренко повернувся до роботи в НАК «Нафтогаз України» як директор з розвитку бізнесу. Працює у складі багатосторонньої робочої групи з розроблення, втілення та моніторингу ефективності виконання реформ відповідно до зобов’язань у межах Енергетичного Співтовариства. Причетний до багатьох резонансних ініціатив, що мають на меті гарантувати енергетичну безпеку нашої держави.

Зі своєю майбутньою дружиною Юрій Вітренко познайомився ще під час навчання в університеті. Ірина Віліанівна Шафранова-Вітренко також отримала диплом із відзнакою за спеціальністю «Управління міжнародним бізнесом» у 1997 р. Сферою діяльності обрала маркетинг: перший професійний досвід здобула в підрозділі «The Coca-Cola Company» в Україні, згодом працювала в Польщі, а відтак — у Європейській штаб-квартирі компанії в Лондоні. Опікувалася маркетингом категорії продуктів на всіх ринках ЄС.

Подружжя Вітренків виховують двох дітей: Христину (2004 р. н.) та Григорія (2007 р. н.). Вся родина захоплюється спортом. Юрій у дитинстві тренувався в ФК «Динамо» (Київ), де зараз тренується його син. Всі в сім’ї займаються гірськими лижами, Юрій та Ірина є членами Українського гірськолижного клубу. Крім того, Юрій захоплюється гольфом і кайт-серфінгом.