Выдающийся ученый-оптик, крупнейший специалист в области голографии - основного направления его исследований. Обобщил принципы голографии на случай записи в трехмерных средах - открыл трехмерную голографию и метод трехмерных отражательных голограмм. С 1988 г. он возглавлял лабораторию голографии в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе.
В 1962 году им был предложен и обоснован голографический метод с записью в трехмерных средах, который впервые позволил записать амплитуду, фазу и спектральный состав волнового поля излучения объекта и получить его неискаженное пространственное изображение. Такие трехмерные голограммы, записанные в специальных прозрачных средах, дают объёмное изображение объекта при освещении их излучением со сплошным спектром.
Юрий Николаевич награжден орденами Трудового Красного Знамени (1988), «Знак Почета» (1975). За цикл работ «Голография с записью в трехмерных средах» ему присуждены Ленинская премия и ряд международных наград: кинематографической организации «Интеркамера» (1971), Международным обществом оптической техники (SРIЕ) - премия имени Д. Габора (1983), Оптическим обществом Америки (OSА) - премия имени Р.В. Вуда (1992), премия Международного издательства «Наука» (1996). В 1987 году он удостоен Большой серебряной медали и почетного членства в Королевском фотографическом обществе Великобритании. Лауреат Ленинской премии (1970), лауреат Государственных премий СССР (1982, 1989). Его открытия находят широкое применение в искусстве, промышленности, медицине, военной технике и т.д.
Ю.Н. Денисюк умер в Санкт-Петербурге 14 мая 2006 года.