Рођен је 12. јануара1907. године у Житомиру. Његов отац Павел, је био Рус, а мајка Марија Украјинка. Родитељи су му се развели када је имао свега три године. Он је тада наставио да живи са мајком, која се преудала. Пошто је његов очух Григориј био електроинжењер, то је имало утицаја на Сергеја да заволи науку.
За време школовања је заволео математику, а посебно се интересовао за авијацију. После завршетка грађевинске школе, уписао се на Политехнички институт у Кијеву. За време школовања, радио је многе послове и становао је код ујака Јурија. Студије је наставио у Москви на Вишој техничкој школи, где му је ментор био Андреј Тупољев, каснији пионир ваздухопловног дизајна Совјетског Савеза. После дипломирања запослио се у дизајнерском уреду „ОПО-4“, где је почео самостално радити на конструкцији летелица.
Године 1938. за време СтаљиновеВелике чистке, тројица његових сарадника су га пријавили НКВД-у да је намерно успоравао истраживачки рад, због чега је осуђен на десетогодишњи затвор. Најпре се налазио у злогласном гулагу „Колима“ у Сибиру, где је провео пет месеци, а потом је био пребачен у затвор у Москви, где су се већином налазили интелектуалци. Пошто се у истом затвору налазио и Андреј Тупољев, наставили су рад на дизајнирању авиона. Учествовао је у изради бомбардера „Тупољева Ту-2“ и „Петљакова Пе-2“.
Године 1942. премештен је у други затвор, где је заједно са Валентином Глушком, радио на ракетним моторима. Коначно је ослобођен из затвора 27. јуна1944. године, заједно са другим научницима, међу којима су били Тупољев, Глушко и други. Потпуну рехабилитацију доживео је тек 1957. године.
Развој ракета
1945. године је добио чин пуковникаЦрвене армије. Током 1945. и 1946. године се налазио у Немачкој, где су совјетски научници проучавали технологију ракете „В-2“. Пошто је Стаљин одлучио да развој балистичких ракета буде државни приоритет, 13. маја 1946. године основан је у предграђу Москве Институт „НИИ-88“, који је постао база будућег свемирског програма. Директор овог института био је Дмитриј Устинов, а Корољев је био главни дизајнер далекометних пројектила.
Р-7 породица ракета
После дугогодишњег настојања, 1957. године, успео је да му се одобри пројекат „вештачког сателита“. Програм „Спутњик“ развијен је свега у месец дана, јер је Корољов већ имао готову ракету Р-7 Семјорка, којом би мали вештачки сателит у облику кугле лансирао у земљину орбиту. „Спутњик 1“ лансиран је 4. октобра 1957. године са космодрома Бајконур, што се узима као почетак свемирске трке. Већ 3. новембра исте године лансиран је и „Спутњик 2“, који је у свемир понео и прво живо биће - пса Лајку. После лансирања „Спутњика 3“, следеће године, Корољев се окренуо пројекту лета на Месец. Пројекат „Луна“ је лансирао неколико летелица на Месец, од којих је „Луна 3“ успео да сними фотографије тамне стране Земљиног сателита. Сви ови успеси совјетског свемирског програма причињавали су велико задовољство тадашњем лидеру Совјетског Савеза — Никити Хрушчову.
Следећи велики успех Корољова и његових сарадника било је лансирање првог човека у свемир. Након одобрења Владе, модификована ракета Р-7 (под именом „Восток 1“) је 12. априла1961. године понела Јурија Гагарина у земљину орбиту. Гагарин се вратио на Земљу падобраном након што је искочио из капсуле на висини од 7 километара. Следели су други летови из програма „Восток“, а 1963. године је у свемир полетела и прва жена - Валентина Терјешкова.[2]
Због одлуке ПолитбироаЦентралног комитетаКомунистичке партије Совјетског Савеза да се индетитет управника свемирског програма чува као државна тајна, Серегеј Корољов је дуги низ година остао непознат широј јавности. Астронаути и други сарадници су га познавали као „СП“ (Сергеј Павлович) или као главног дизајнера.
У периоду од 1930. до 1948. године био је у браку са Ксенијом Винцентими, с којом је имао ћерку Наташу. Године 1949. се оженио Нином Контенковом, са којом је живео до своје смрти.
Био је почасни грађанин науко-града Калининграда, основаног 1938. године у којем се налазио центар совјетске науке. У част Сергеја Корољова овај град је 1996. године преименован у Корољов.
