Родился 21 июня 1958 года в посёлке Няксимволь Берёзовского района Ханты-Мансийского автономного округа. Окончил Берёзовскую школу. В 1975 году переехал в Кострому, где поступил в технологический институт на отделение машиностроения. Окончил его с красным дипломом и устроился инженером на Костромской завод. В 1975 году переехал в Челябинск, работал слесарем, бригадиром токарей, мастером на Челябинском трубопрокатном заводе.
С 1982 по 1984 годы – заведующий отделом комсомольских организаций Ленинского РК ВЛКСМ в г. Челябинске. Спустя два года руководство направило его в посёлок Когалым Тюменской области. В последующие несколько лет он сменил там несколько постов. Был председателем совета депутатов, начальником управления ЖКХ, секретарём горисполкома. В 1989 году окончил Всесоюзный юридический заочный институт. В 1991 году возглавил администрацию Когалыма.
Первым заместителем главы администрации Ханты-Мансийского автономного округа Сергей Семенович был назначен в ноябре 1993 года, а уже через полгода избран депутатом окружной Думы, был ее председателем.
Член комиссии по координации законодательной деятельности, депутат, а затем председатель Думы Ханты-Мансийского автономного округа. Включен в состав Совета по местному самоуправлению в Российской Федерации. Работал председателем комитета Совета Федерации РФ по конституционному законодательству и судебно-правовым вопросам.
В 2000 году назначен первым заместителем полномочного представителя президента РФ в Уральском федеральном округе.
14 января 2001 года победил на губернаторских выборах в Тюменской области. С 2005 года назначен руководителем администрации президента РФ. В 2008 году стал вице-премьером и возглавил аппарат правительства РФ. Через год он сильно сократил его штат. С 2010 года занимает пост мэра Москвы.
Звание «Почетный гражданин Тюменской области» и «Почетный гражданин города Тюмени» присвоено Сергею Семеновичу Собянину в 2005 году.