Сергей Павлович появился на свет 12 января 1907 года в Житомире в семье гимназического учителя русской словесности. Отец будущего гения отечественной космонавтики с детства привык к нужде и сложностям, он был сыном отставного многодетного писаря. А вот мама Сергея Королева происходила из старинного купеческого рода и росла в достатке. Она стремилась к образованию, к более насыщенной жизни, тогда как муж не приветствовал ее порывы. Поэтому спустя три года после рождения сына она ушла из семьи, привезла сына к своим зажиточным родителям, а сама вместе с сестрой сняла квартирку в Киеве и продолжила обучение на германо-романском отделении историко-филологического факультета Киевских высших женских курсов. Там она повстречала будущего мужа, с которым они смогли быть вместе после развода с отцом Сергея в 1916 году (он долго не соглашался). На тот момент Сергею Королеву исполнилось уже 9 лет. С ним много занимались, рассказывали о достижениях науки, он получил хорошее начальное образование и даже увидел полет знаменитого летчика Уточкина, что произвело на юного Королева неизгладимое впечатление и в той или иной мере определило его будущую профессию.
В 1915 году Сергей поступил в подготовительные классы гимназии в Киеве. В 1917 году пошел в первый класс гимназии в Одессе, куда они переехали с матерью и отчимом. После революции гимназию закрыли. На улицах постоянно происходили вооруженные стычки, и родные решили, что безопаснее будет Сергею учиться дома самостоятельно по гимназической программе. Мать ему помогала в гуманитарных предметах, а отчим – в естественных науках и математике. В 1918 году город оккупировали интервенты, начались непростые голодные времена. В 1920 году восстановилась советская власть, но прошел еще год, прежде чем все наладилось. Сергей Королев продолжал обучение дома и много читал, особенно книги по авиации, конструированию, авиамоделированию. Заметив его страсть, отчим записал Сергея в модельный кружок портового клуба, где он увлекся идеей построить настоящий планер.
А через год в Одессе появился отряд гидросамолетов Главного управления Военно-Воздушного Флота. И Сергей все время, что мог, проводил в Гидроотряде, помогая готовить самолеты к полетам. Руководство не прогоняло юного энтузиаста, тем более что скоро тот стал умелым помощником и ему симпатизировали механики и пилоты отряда. Год работы в отряде дал Сергею возможность стать настоящим механиком, и в какой-то момент командир отряда разрешил ему лететь вместе с пилотом. У 15‑летнего подростка сбылась самая заветная мечта – он окончательно решил, что будет строить новые самолеты и летать на них. Кроме работы в Гидроотряде, Королев учился в профессионально-технической школе со строительным уклоном, а также занимался в математическом, астрономическом кружках, гимнастической и боксерской секциях, принимал участие в музыкальных и литературных вечерах.
В 1923 году было организовано Общество друзей воздушного флота СССР (ОДВФ) для вовлечения молодежи в сферу авиации и самолетостроения в связи с проводимой руководством страны программой создания своего воздушного флота. Сергей Королев не преминул этим воспользоваться. В июне 1923 года он вступил в Общество авиации и воздухоплавания Украины и Крыма, а через месяц уже сам создал кружок планеризма в одесском порту и на судоремонтном заводе. В 17‑летнем возрасте он спроектировал свой первый летательный аппарат – безмоторный самолет К‑5. В 1924 году Королев поступил в Киевский политехнический институт на механический факультет, где за два года освоил инженерные дисциплины и стал бывалым планеристом. Однако к третьему курсу стало понятно, что авиационное отделение, на котором планировал учиться Сергей, открыто не будет, и Королев переводится в Московское высшее техническое училище (МВТУ). Туда же перебрались его мать и отчим. В МВТУ руководителем дипломной работы Королева был А.Н. Туполев, который оценил способности своего практиканта, а сам Королев говорил так: «Андрей Николаевич Туполев – первый и самый любимый учитель в авиации. Все мои конструкции, связанные с самолетостроением, носят на себе печать его оригинального мышления».