Родился 5 октября 1941 г. в г. Скопин (Рязанская область). Его отец, военный и партийный деятель Сергей Корнилов, погиб в 1941 г. Мать - партизанская активистка Вера Хоружая, погибла в 1942 г. (в 1960 г. посмертно удостоена звания Героя Советского Союза). Сергея Хоружего воспитывали родственники матери.
В 1964 г. окончил физический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Доктор физико-математических наук. В 1967 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему "Проблемы аксиоматической теории рассеяния", в 1976 г. - докторскую диссертацию на тему "Алгебраическая квантовая теория поля с правилами суперотбора".
В 1967-2006 гг. Сергей Хоружий работал в Математическом институте им. В. А. Стеклова Российской академии наук (РАН; до 1991 г. - Академия наук СССР).
В 1993 г. создал отдел синергийной антропологии Института человека РАН. С того же года являлся действительным членом Российской академии естественных наук.
В 2005 г. стал соучредителем и директором автономной некоммерческой организации "Институт синергийной антропологии".
С 2006 г. работал в Национальном исследовательском университете "Высшая школа экономики" (НИУ ВШЭ). Осуществлял научное руководство центром синергийной антропологии Института образования НИУ ВШЭ.
Сергей Хоружий был главным научным сотрудником сектора философских проблем социальных и гуманитарных наук Института философии РАН. В центре его научных интересов находились история русской религиозной философии, а также исследования мистического опыта православной церкви. Особое внимание ученый уделял исихастской духовной практике православия ("непрестанной молитве", "умному деланию"). Результатами его работы в этой области стали книги "Диптих безмолвия. Аскетическое учение о человеке в богословском и философском освещении" (1991), "После перерыва. Пути русской философии" (1994), "Феноменология аскезы" (1998), "Миросозерцание Флоренского" (1999), "Опыты из русской духовной традиции" (2005) и др. Являлся редактором изданий трудов философов Павла Флоренского, Сергея Булгакова, Льва Карсавина.
В общей сложности опубликовал десять книг и более 150 статей по философии и теологии, две книги и около 70 статей - по физике и математике.
Сергей Хоружий также был известен как переводчик и комментатор произведений ирландского писателя Джеймса Джойса (1882-1941). В 1989 г. в журнале "Иностранная литература" впервые был напечатан полный перевод романа Джойса "Улисс", выполненный Сергеем Хоружим и Виктором Хинкисом (отдельное издание вышло в 1993 г.).
Также Хоружий перевел роман Джойса "Портрет художника в юности" и сборник его рассказов "Дублинцы".
В 1994 г. выпустил книгу "Улисс" в русском зеркале".
В 2003 г. в его переводе был издан незаконченный роман Джойса "Герой Стивен".
Помимо английского, Сергей Хоружий владел итальянским, немецким и французским языками.
Сергей Хоружий скончался 22 сентября 2020 г. в Москве на 79-м году жизни. Похоронен на столичном Пятницком кладбище.