Родился 29 апреля 1968 г. в г. Обнинске Калужской область. Отец - Анатолий Федорович Цыб (1934-2013), советский и российский ученый в области медицинской радиологии, академик Российской академии медицинских наук, в 1978-2013 гг. - директор Института медицинской радиологии Академии медицинских наук СССР (Обнинск; ныне - Медицинский радиологический научный центр им. А.Ф. Цыба - филиал Национального медицинского исследовательского радиологического центра Министерства здравоохранения РФ).
Окончил Российскую экономическую академию (ныне – университет) им. Г.В. Плеханова.
Кандидат экономических наук. В 2009 г. в РЭА им. Г. В. Плеханова защитил диссертацию по теме "Стратегическое управление отраслевым развитием: на примере фармацевтической промышленности".
В 1991–1996 гг. работал коммерческим директором экспериментального межотраслевого Научно-практического центра "Апекс" (Москва).
С 1996 по 1999 г. – генеральный директор товарищества с ограниченной ответственностью (ТОО) "РКЦ" (Москва).
В 2000–2006 гг. – генеральный директор закрытого акционерного общества (ЗАО) "Медбиофармацентр" (Москва).
С 2006 по 2007 гг. – генеральный директор общества с ограниченной ответственностью (ООО) "Радиопрепарат" (Москва).
С 14 декабря 2007 г. – директор департамента химико-технологического комплекса и биоинженерных технологий Министерства промышленности и энергетики РФ. Ведомство в этот период возглавлял Виктор Христенко.
С 18 июля 2008 г. по 7 октября 2013 г. – директор департамента химико-технологического комплекса и биоинженерных технологий Министерства промышленности и торговли РФ, которое возглавлял Виктор Христенко.
С 7 декабря 2013 г. – заместитель, с 26 мая 2018 г. по 12 апреля 2021 г. - первый заместитель министра промышленности и торговли РФ Дениса Мантурова. Курировал работу департаментов развития фармацевтической и медицинской промышленности; металлургии и материалов; химико-технологического и лесопромышленного комплекса. Координировал вопросы планирования, реализации и бюджетного обеспечения государственной программы "Развитие фармацевтической и медицинской промышленности на 2013-2020 годы"; формирования и реализации государственной политики в сфере биоинженерных технологий, химической, фармацевтической и медицинской промышленности, металлургической промышленности; производства и внедрения композиционных материалов, а также добычи и промышленного применения редкоземельных металлов; лицензирования производства лекарственных средств для медицинского применения и др.
13 мая 2021 г. было объявлено, что Сергей Цыб назначен на должность статс-секретаря Ростеха, будет, в частности, курировать вопросы взаимодействия с органами госвласти.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2016 г. составила 5 млн 953 тыс. руб., супруги - 1 млн 740 тыс. руб.
Отмечен благодарностью правительства РФ (2018).
Лауреат премии правительства РФ в области науки и техники 2011 г. "за разработку и внедрение научных основ для создания национальной системы безопасного обращения химической продукции".
Женат.
Сестра — Елена Анатольевна Цыб (род. 1963), российский лексикограф, кандидат филологических наук, научный сотрудник отдела экспериментальной лексикографии Института русского языка им. В. В. Виноградова РАН.