Родился 16 ноября 1957 г. в селе Большие Ключи Зеленодольского района Татарской АССР (ныне Республика Татарстан, РФ).
В 1977 г. стал выпускником Казанского авиационного техникума (ныне Казанский авиационно-технический колледж им. П. В. Дементьева), в 1982 г. окончил Казанский государственный университет (специальность - "Радиофизика и электроника").
Кандидат экономических наук. Диссертацию на тему "Механизм индикативного планирования экономики: на примере Республики Татарстан" защитил в 2001 г. в Академии народного хозяйства при правительстве РФ (ныне Российская академия народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ).
В 1976 г. Сергей Когогин начал работать фрезеровщиком на Казанском моторостроительном заводе. В 1982-1985 гг. был инженером-настройщиком на судостроительном предприятии "Эра" в г. Зеленодольске (Татарская АССР).
В 1985 г. стал старшим инженером Зеленодольского машиностроительного завода, впоследствии занимал посты начальника бюро, заместителя главного механика и начальника профкома предприятия. В 1990-1994 г. являлся директором Зеленодольского машиностроительного завода.
В 1994 г. Сергей Когогин был назначен главой администрации Зеленодольского района и Зеленодольска.
В 1995-1999 гг. был депутатом госсовета Республики Татарстан I созыва.
С 26 мая 1999 г. по 14 марта 2002 г. занимал должность заместителя премьер-министра - министра экономики и промышленности Татарстана.
В июне 1999 г. Сергей Когогин вошел в совет директоров автостроительного предприятия "Камаз". С 26 апреля 2002 г. - генеральный директор компании.
В 2004-2009 гг. являлся депутатом госсовета Республики Татарстан III созыва. Был избран 14 марта 2004 г. от Автозаводского избирательного округа №23 (баллотировался от партии "Единая Россия", набрал 57,45% голосов избирателей).
С 2009 г. избирался в совет директоров ПАО "Автоваз".
В январе 2018 г. стал одним их трех сопредседателей избирательного штаба кандидата в президенты РФ Владимира Путина вместе с главой образовательного фонда "Талант и успех" Еленой Шмелевой и академиком РАН Александром Румянцевым.
С 29 ноября 2018 г. - сопредседатель центрального штаба "Общероссийского народного фронта" (ОНФ; переизбран 21 декабря 2021 г.).
В 2022 г. был включен в санкционные списки Великобритании, США, Евросоюза.
Заслуженный работник транспорта РФ (2010).
Лауреат премии правительства РФ в области науки и техники за разработку и реализацию комплексных региональных программ энергосбережения и энергоресурсоэффективности в Татарстане (за 2008 г.).
Сергей Когогин награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2018), Дружбы (2007), Почета (2016), отмечен почетной грамотой президента РФ (2017). Также имеет орден "Достык" II степени (Казахстан).
Почетный гражданин г. Набережные Челны (2002).