Родился 21 мая 1955 г. в г. Чадане Тувинской АССР (ныне Республика Тыва, РФ). Его отец - Кужугет Серээвич Шойгу (1921-2010), работал редактором районной газеты, был секретарем тувинского обкома КПСС, первым заместителем председателя Совета министров Тувинской АССР. Мать - Александра Яковлевна Шойгу (1924-2011, урожденная Кудрявцева), работала в республиканском министерстве сельского хозяйства, избиралась депутатом Верховного совета Тувинской АССР.
В 1977 г. Сергей Шойгу окончил Красноярский политехнический институт (ныне в составе Сибирского федерального университета) по специальности "инженер-строитель".
Кандидат экономических наук. В 1996 г. в Академии государственной службы при президенте РФ (ныне Российская академия народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ) защитил диссертацию на тему "Организация государственного управления при прогнозировании чрезвычайных ситуаций в целях уменьшения социально-экономического ущерба: на примере землетрясений".
С 1977 по 1978 г. работал мастером треста "Промхимстрой" в Красноярске, с 1978 по 1979 г. - мастером, начальником участка треста "Тувинстрой" в Кызыле (Тувинская АССР).
В 1979-1984 гг. - старший прораб, главный инженер, начальник строительного треста "Ачинскалюминийстрой" (г. Ачинск, Красноярский край).
С 1984 по 1985 г. - заместитель управляющего трестом "Саяналюминстрой" (г. Саяногорск, Хакасская автономная область, АО, Красноярский край; ныне Республика Хакасия).
С 1985 по 1986 г. - управляющий трестом "Саянтяжстрой" (г. Абакан, Хакасская АО).
В 1986-1988 гг. - управляющий трестом "Абаканвагонстрой".
С 1988 г. находился на партийной работе, в 1988–1989 гг. был вторым секретарем абаканского горкома КПСС.
В 1989-1990 гг. - инспектор красноярского краевого комитета КПСС.
В 1990 г. переехал в Москву. В 1990-1991 гг. - заместитель председателя Государственного комитета РСФСР по архитектуре и строительству.
В апреле 1991 г. возглавил Российский корпус спасателей, на базе которого был создан Государственный комитет РФ по чрезвычайным ситуациям. С августа по ноябрь 1991 г. Сергей Шойгу занимал пост председателя Госкомитета по чрезвычайным ситуациям.
С ноября 1991 г. по январь 1994 г. возглавлял Госкомитет по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (ГКЧС).
В 1992–1993 гг. участвовал в урегулировании грузино-южноосетинского, грузино-абхазского и осетино-ингушского конфликтов. Был сопредседателем смешанной контрольной комиссии по урегулированию грузино-югоосетинского конфликта (1992), заместителем главы временной администрации на территории Северной Осетии и Ингушетии (1992), руководителем российской части Объединенной комиссии по урегулированию в Абхазии (1993).
С 20 января 1994 г. по 11 мая 2012 г. - министр РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (министерство образовано на базе ГКЧС). Одновременно с 10 января по 7 мая 2000 г. был заместителем председателя правительства РФ Владимира Путина. В целом Сергей Шойгу руководил федеральными ведомствами по борьбе с чрезвычайными ситуациями на протяжении 21 года - с 1991 по 2012 г., под его руководством была образована единая структура из разных спасательных формирований, действовавших в стране.
С 31 января 1994 г. - член Совета безопасности РФ.
В 1997–2000 гг. входил в политсовет всероссийского общественно-политического движения "Наш дом - Россия". В феврале 2000 г. вышел из организации.
В 1999-2000 гг. - глава межрегионального движения "Единство". В сентябре 1999 г. возглавил движение. В декабре 1999 г. баллотировался в депутаты Государственной думы III созыва по федеральному списку избирательного блока "Межрегиональное движение "Единство" ("Медведь"). Возглавлял список кандидатов от "Единства". После избрания в Госдуму (блок получил 23,32%, заняв второе место после КПРФ) Сергей Шойгу отказался от депутатского мандата.
В мае 2000 г. на учредительном съезде он был избран лидером партии "Единство". Позднее, в декабре 2001 г., "Единство" вместе с движениями "Отечество" и "Вся Россия" образовали новую политическую структуру – партию "Единство и Отечество" - Единая Россия" (с 2003 г. - "Единая Россия"). Сергей Шойгу стал сооснователем "Единой России", одним из трех сопредседателей высшего совета партии (в 2002 г. главой высшего совета был избран Борис Грызлов).
В 2003, 2007, 2011 гг. участвовал в выборах в Госдуму РФ IV, V и VI созывов по общефедеральному списку партии "Единая Россия". После избрания отказывался от депутатского мандата.
С 11 мая по 6 ноября 2012 г. - губернатор Московской области. 4 апреля 2012 г. президент РФ Дмитрий Медведев внес в Мособлдуму кандидатуру Сергея Шойгу на пост губернатора Московской области. На следующий день, 5 апреля, областная дума единогласно поддержала это решение. 11 мая состоялась инаугурация избранного губернатора. На посту главы Московской области Сергей Шойгу сменил Бориса Громова.
С 6 ноября 2012 г. по 12 мая 2024 г. - министр обороны РФ. Прежний глава оборонного ведомства, Анатолий Сердюков, был отправлен в отставку после начала громкого коррупционного скандала о хищениях в подведомственных Минобороны структурах.
За время руководства Сергеем Шойгу Минобороны в организационную структуру армии были возвращены дивизии, ранее переформатированные в бригады. Была пересмотрена система привлечения сторонних организаций к материально-техническому обеспечению: коммерческие компании перестали привлекаться для ремонта военной техники и обеспечения питанием в полевых условиях. В 2012 г. в составе ВС РФ были сформированы Силы специальных операций, в 2015 г. - Воздушно-космические силы. В 2018 г. было создано главное военно-политическое управление ВС РФ, которое занялось организацией воспитательной работы военнослужащих. ВС РФ отказались от покупки иностранной войной техники в пользу продукции российского ВПК. В 2019 г. количество контрактников в ВС РФ впервые превысило количество солдат и матросов, проходивших срочную службу (400 тыс. и 267 тыс. соответственно). Для привлечения в армию молодых специалистов в войсках появились научные роты, в которых служат студенты и выпускники гражданских вузов. В 2016 г. по инициативе Шойгу было создано Всероссийское детско-юношеское военно-патриотическое движение "Юнармия". За время руководства Сергеем Шойгу оборонным ведомством российские Вооруженные силы обеспечивали безопасность при воссоединении Крыма с Россией (2014), по просьбе сирийского правительства начали военную операцию в Сирии против террористических формирований (в 2015 г.), а также начали проводить специальную военную операцию на Украине (с 2022 г.).
С 6 ноября 2012 г. – постоянный член Совета безопасности РФ.
С 2017 г. - член бюро высшего совета "Единой России". Руководит комиссией генсовета партии по развитию Восточной Сибири (с октября 2021 г.), входит в президиум программной комиссии "Единой России" (с февраля 2022 г.).
19 сентября 2021 г. на выборах в Госдуму РФ VIII созыва Сергей Шойгу возглавлял список кандидатов партии "Единая Россия" (после подведения итогов голосования отказался от депутатского мандата).
С 12 мая 2024 г. - секретарь Совета безопасности РФ.
Президент Русского географического общества (с 2009 г.).
Генерал армии (2003).
Герой Российской Федерации (1999). Награжден орденами Святого апостола Андрея Первозванного с мечами (2014), "За заслуги перед Отечеством" I (с мечами), II и III степеней (2020, 2010, 2005), Александра Невского (2014), Почета (2008), "За личное мужество" (1994), медалью "Защитнику свободной России" (1993) и др. Отмечен благодарностями президента РФ (1993, 1996, 1999 - дважды), Почетной грамотой (1999) и благодарностью правительства РФ (2005).
Распоряжением правительства РФ награжден именным боевым короткоствольным ручным стрелковым оружием - 9 мм пистолетом Ярыгина 6П35 (2008).
Имеет иностранные ордена "Данакер" (Киргизия, 2002), Сербского флага I степени (Республика Сербия, 2012), Pro Merito Melitensi (Мальтийский орден, 2012), "За заслуги в области обеспечения национальной безопасности" (Венесуэла, 2015), Красного Знамени (Монголия, 2018), "Уацамонга" (Южная Осетия, 2022) и др.
Отмечен церковными наградами: орденами Святого Саввы Сербского (Сербская православная церковь, 2003), Преподобного Сергия Радонежского I степени (Русская православная церковь, 2014), Славы и чести I степени (РПЦ, 2021).
Заслуженный спасатель РФ (2000).
Почетный гражданин Республики Саха (Якутия, 2001), Республики Тыва (2015), Республики Хакасия (2015), Республики Северная Осетия-Алания (2020), Красноярского края (2014), Кемеровской (2005), Московской (2020) и Тульской (2021) областей.
Почетный доктор Университета обороны Сербии (2020), Академии Государственной противопожарной службы МЧС России.
Почетный художник Союза художников декоративно-прикладного искусства (2021).
Именем Сергея Шойгу названы улицы в городах Чадан и Шагонар (Республика Тыва).
Автор книги рассказов "Про вчера" (2020).
Участник Ночной хоккейной лиги. Увлекается живописью, графикой, художественной резьбой по дереву. Выставки его работ проходили в Кызыле, Казани, Москве.