После окончания Московского энергетического института Юрий Михайлович Холодилов работал инженером в ОКБ МЭИ, участвовал в разработке и развертывании на территории СССР первой космической телевизионной системы «Орбита».

В 1968 г. был призван в Вооруженные Силы и направлен в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского инженером учебной лаборатории кафедры «Оптико-электронные средства разведки и автоматизированные системы управления боевыми действиями авиации». В 1975 г. успешно защитил кандидатскую диссертацию в области автоматизации процессов обработки разведывательной информации. После защиты продолжал научную работу в научно-исследовательской лаборатории кафедры.

С 1978 г. Ю. М. Холодилов начинает педагогическую деятельность и проходит путь от преподавателя до заместителя начальника кафедры «Автоматизированные системы управления ВВС».

Активно участвовал в постановке ряда профилирующих дисциплин кафедры АСУ: «Автоматизированные системы боевого управления ВВС», «Вычислительные сети», «Основы теории принятия решений» и других.

Является автором более 50 научных работ, среди которых 2 учебника, 15 учебных пособий, ряд научных статей и материалов по НИР.

Под его руководством подготовлены и успешно защищены 3 кандидатские диссертации и десятки дипломных работ.

После увольнения из Вооруженных Сил продолжал работать в должности профессора на кафедре «Автоматизированные системы управления ВВС».

Награжден орденом «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» 3 степени и медалями.