Родился 12 июня 1949 г. в г. Ленинабаде Таджикской ССР (ныне г. Худжанд Республики Таджикистан) в семье геолога. Детские годы провел в Москве.
В 1977 г. окончил вечернее отделение Московского института радиотехники, электроники и автоматики по специальности "конструирование и производство радиоаппаратуры" (ныне Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники, МИРЭА).
Кандидат педагогических наук (тема диссертации: "Реализация педагогических компонентов управления как условие совершенствования деятельности организации", 2003).
С 1966 г. работал учеником слесаря, затем слесарем-электромонтажником во Всесоюзном НИИ электромеханики. Работу совмещал с обучением на вечернем отделении МИРЭА. В студенческие годы занимался общественной деятельностью.
В 1969 г. был назначен заведующим отделом районного комитета ВЛКСМ Гагаринского района Москвы. В 1972 г. вступил в КПСС.
После окончания вуза работал инженером, затем старшим инженером Центрального НИИ экономики, систем управления и информации "Электроника", был признан лучшим инженером-конструктором ЦНИИ. Впоследствии - главный методист павильона "Космос" Академии наук СССР на ВДНХ.
С 1980 г. занимал должности ведущего инженера, начальника отдела, заместителя директора по науке Центрального института экономики и информации цветной металлургии.
В 1989 г. создал и занял пост генерального директора Всесоюзного Центра по товарам и услугам Министерства металлургии СССР (предприятие по выпуску товаров народного потребления). Центр по товарам и услугам, в частности, выступал спонсором популярной телепередачи "Поле чудес", ведущим которой был Влад Листьев.
В 1991 г. возглавил совет директоров Егорьевского завода технологической оснастки ("ТЕХОС"), который занимается производством запчастей и механизмов для электропоездов.
В августе 1991 г. основал компанию "Собко и Компания". Корпорация объединяет 11 предприятий различного профиля, в том числе головное предприятие "ТЕХОС", Центр нехирургической коррекции зрения, "Дата-центр" по выпуску высокотехнологического оборудования, предприятие по производству продуктов питания и др. Сергей Собко занимал пост генерального директора корпорации до 2003 г.
7 декабря 2003 г. избран депутатом Государственной думы Федерального собрания РФ четвертого созыва по Орехово-Зуевскому избирательному округу №112 Московской области. Выиграл выборы у кандидата от "Единой России", главы компании "Феррейн" Владимира Брынцалова (27,58% и 26,93% соответственно). В Госдуме вошел во фракцию КПРФ. Был заместителем председателя комитета по промышленности, строительству и наукоемким технологиям; членом комиссии по рассмотрению расходов федерального бюджета, направленных на обеспечение обороны и государственной безопасности РФ, а также комиссии по техническому регулированию.
2 декабря 2007 г. избран в Государственную думу пятого созыва по списку КПРФ, вошел во фракцию коммунистов. С января 2008 г. был заместителем председателя, а с июля 2010 г. - председателем думского комитета по промышленности. Занимал пост сопредседателя комиссии по рассмотрению расходов федерального бюджета, направленных на обеспечение обороны и государственной безопасности РФ.
С 4 декабря 2011 г. по 5 октября 2016 г. - депутат Госдумы РФ шестого созыва. Избран по списку КПРФ в составе региональной группы №42, (Кемеровская область). С 21 декабря 2011 г. возглавлял комитет по промышленности. Входил в состав межфракционной депутатской группы "Подмосковье" и в Постоянную делегацию Федерального собрания РФ в Парламентской ассамблее Совета Европы.
В 2016 г. баллотировался в Госдуму РФ седьмого созыва от партии "Справедливая Россия": по федеральному партийному списку в составе региональной группы по Московской области и по одномандатному Орехово-Зуевскому округу №123. Однако в Думу не прошел.
Председатель общественной организации "Российское христианское социальное движение" (1996).
Общая сумма декларированного годового дохода за 2015 г. - 22 млн 221 тыс. рублей.
Отмечен Почетной грамотой Президента РФ (2014).
Награжден орденами Русской православной церкви: святого Владимира и святого благоверного князя Даниила Московского II и III степени.
Почетный профессор Российской академии естественных наук.
Женат, две дочери. Супруга - Татьяна Петровна Собко, работала на Центральном телевидении в отделе информационных программ, с 2003 г. является генеральным директором корпорации "Собко и Ко".
В юности занимался фигурным катанием и мотоспортом. Играет на бильярде.