Родился 2 октября 1954 г. в Москве.
Окончил Московский автомобильно-дорожный институт (МАДИ, ныне - Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет), затем - Школу международного бизнеса МГИМО МИД России.
С 1979 г. был на комсомольской работе в МАДИ, затем в Московском городском комитете ВЛКСМ. В 1990-1991 гг. являлся генеральным директором молодежного объединения "Московский студенческий отряд".
С 1991 г. работает в Торгово-промышленной палате (ТПП) РФ: начальник Главного управления по координации, с 1992 г. - вице-президент. 4 марта 2011 г. был избран президентом ТПП РФ, переизбирался в 2016 и 2021 гг. Принимает участие в работе различных правительственных и общественных комиссий и комитетов, в том числе является первым заместителем председателя Российского национального комитета по Тихоокеанскому экономическому сотрудничеству.
В апреле 2013 г. Сергей Катырин был назначен руководителем российской части Делового совета БРИКС.
Член Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам (с июля 2018 г.).
Награжден орденами Дружбы (2005), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2011), медалями.
Женат. Дочь Ирина, сын Илья.