Родился 27 августа 1995 г. в Москве. Отец - Олег Сергеевич Сироткин (род. 1940) - доктор технических наук, член-корреспондент Российской академии наук (2008), в прошлом - генеральный директор Национального института авиационных технологий.
В 2017 г. Сергей Сироткин окончил Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ). Обучался на кафедре "Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис".
В 2001 г. во время отдыха с родителями в Испании впервые проехал за рулем детского карта. После возвращения в Москву попросил отца записать его в секцию картинга. На тот момент Сергею Сироткину было шесть лет.
В 2006 г. стал чемпионом Москвы, в 2007 г. - чемпионом России по картингу в детской возрастной категории.
В 2008-2010 гг. выступал в российских и международных соревнованиях по картингу.
В 2008 г. стал победителем первенства России по картингу в классе KF3, в 2010 г. - серебряным призером чемпионата Европы по картингу в классе KF2. Неоднократно становился призером международной серии WSK International Series в классе KF3.
С 2010 г. выступает в автогонках на болидах с открытыми колесами.
В 2010 г. в составе команды Jenzer Motorsport участвовал в шести этапах итальянского класса гоночной серии "Формула-Абарт".
В 2011 г. стал чемпионом европейского класса серии "Формула-Абарт" и серебряным призером ее итальянской версии.
В 2012 г. выступал за команду Euronova Racing в мировой серии Auto GP и в итальянской серии "Формула-3". По итогам сезона занял в них третье и пятое места соответственно.
В 2013 г. представлял команду ISR в мировой серии Renault, по итогам сезона занял девятое место.
В 2014 г. являлся тест-пилотом команды "Формулы-1" Sauber. 10 октября 2014 г. принял участие в свободной практике перед Гран-при России. Также выступал в мировой серии Renault за команду Fortec Motorsports, по итогам сезона занял пятое место.
В 2015 г. представлял команду Rapax в гоночной серии GP 2 (ныне - "Формула-2"). По итогам сезона стал третьим, выиграл одну гонку.
В 2016 г. был тест-пилотом команды "Формулы-1" Renault. Также выступал за команду ART Grand Prix в серии GP 2. По итогам сезона вновь занял третье место, выиграл две гонки.
В 2017 г. был резервным пилотом команды "Формулы-1" Renault. Принимал участие в свободной практике перед Гран-при России, Испании, Австрии и Малайзии. 17-18 июня 2017 г. в составе российской команды SMP Racing выступил в автогонке "24 часа Ле-Мана" (Франция). Также провел две гонки за ART Grand Prix в серии GP 2.
16 января 2018 г. стало известно, что Сергей Сироткин заключил однолетний контракт с командой "Формулы-1" Williams. Его дебют состоялся на первом этапе сезона 2018 г. - Гран-при Австралии (23-25 марта). Сергей Сироткин стал третьим россиянином после Виталия Петрова и Даниила Квята, участвовавшим в "королевских гонках". По итогам сезона набрал 1 очко и занял 20-е место в общем зачете.
В феврале 2019 г. Сергей Сироткин стал резервным пилотом команды "Формулы-1" Renault, в июне 2019 г. - резервным пилотом команды "Макларен". До конца сезона 2019 г. он совмещал работу в этих командах.
В 2020 г. был резервным пилотом команды "Формулы-1" Renault.
С мая 2022 г. - исполнительный директор Российской автомобильной федерации.