С 1923 года начинает заниматься в одном из планерных кружков Общества авиации и воздухоплавания Украины и Крыма, сам читает лекции по планеризму и истории авиации. 

В 1924 году заканчивает школу, тогда же завершает проект своего первого планера, который был признан комиссией годным для постройки. Пытается поступить в Академию Воздушного Флота, но туда принимают только тех, кто достиг 18 лет и отслужил в Красной Армии. 

Сергей поступает в Киевский политехнический институт на механический факультет для обучения на авиационного инженера. Посещает планерный кружок в институте, весной 1925 года — курсы инструкторов планерного спорта. В 1926 году аэромеханическое отделение института закрыли, и Сергей перевелся Московское высшее техническое училище. В Москве он также начинает посещать планерную школу и летную станцию. В 1927 году на выставке межпланетных аппаратов и механизмов Сергей впервые познакомился с работами Константина Эдуардовича Циолковского. Можно считать, что именно с этого момента он стал грезить космосом и полетами в межзвездное пространство. 

В феврале 1930 года Королёв окончил МВТУ и получил диплом инженера-механика. Параллельно он окончил Московскую летную школу и получил свидетельство пилота.

 
Осенью 1931 года была создана Группа изучения реактивного движения (ГИРД). Разумеется, Сергей не мог остаться в стороне от этого проекта и даже возглавил технический совет. Уже в 1933 году взлетела первая ракета на жидком топливе, пусть всего на 400 метров в высоту и на 18 секунд, однако это был важный шаг в развитии советской (и мировой) космонавтики. Этот успех воодушевил Королёва, и он впервые заговорил о возможности полета космических кораблей. 25 августа 1933 года в газете «Вечерняя Москва» он публикует статью «Путь к ракетоплану», где звучит фраза: «От ракет опытных, ракет грузовых к ракетным кораблям — ракетопланам — таков наш путь».

 
Последующие несколько лет прошли относительно стабильно. ГИРД был объединен с Ленинградской Газодинамической лабораторией в Реактивный научно-исследовательский институт, в котором можно заниматься научной и исследовательской работой. В 1934 году вышла первая книга Королёва «Ракетный полет в стратосфере».

В августе 1945 года Королёв был включен в состав группы по изучению трофейных немецких ракет «ФАУ-2». Именно они стали прообразом первых космических ракет.

 
С 1947 года все полигоны по производству ракет переносятся в Советский Союз. Для этого в 1946 г. был построен новый полигон в Приволжье — Капустин Яр, на котором Сергей Павлович Королёв выполнял важнейшую функцию — технического руководителя испытаний. Это принесло свои плоды.

В середине 1954 года новая, уже седьмая ракета создавалась полностью по советским технологиям. Но потребовался новый полигон, и тогда стали строить Байконур.

В 1953 году Королёв был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1956 все члены Совета были удостоены звания Героя Социалистического Труда за свои заслуги. С этого времени Королёв становится непререкаемым авторитетом. Отныне и навсегда.

 
В 1954 году Сергей Павлович направил в ЦК КПСС письмо о необходимости запуска первого спутника. Он хотел опередить американцев, которые собирались запустить свой в конце 1957 — международного геофизического года. И в августе 1957-го начались испытания Р-7. В ходе успешных испытаний Королёв предложил с помощью ракеты вывести на орбиту простейший спутник — ПС-1. Именно в адрес этого спутника Сергей часто в шутку говорил: «Вы путаете: СП — это я, а спутник — ПС!»

 
Гарантий успеха не было, но все же 4 октября 1957 года спутник полетел. Весь мир заговорил об открытии новой космической эры. Сам Королёв тогда сказал: «Дорога к звездам открыта!».

В 1959 году с помощью автоматических межпланетных станций (АМС) начинается изучение поверхности Луны. Туда был доставлен вымпел с гербом СССР, впоследствии такой вымпел доставили и на Марсе. Началась «лунная гонка», результатов которой Королёв так и не увидел.

 
Но самой главной идеей, захватившая Королёва, был полет человека в космос. Уже в 1959 году начался отбор кандидатов в космонавты из военных летчиков, хотя никто, конечно, не мог и предположить, что до полета осталось всего лишь три года. Выбирали лучших из лучших. И даже из двадцатки первых их в итоге осталось трое. 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин совершил один виток вокруг Земли.

У него было еще так много идей. Но вмешался случай. Случай, как иногда вспоминал сам Королёв, играл в его жизни едва ли не ключевую роль. На 14 января 1966 года была запланирована небольшая операция. Королёв накануне вечером в разговоре с лечащим врачом спросил, сколько еще лет он проживет. Мечтал еще хотя бы о десяти, ведь он так много не успел. И все же, несмотря на благоприятные прогнозы, Сергей Павлович явно что-то предчувствовал. Он хотел попрощаться с матерью и женой Ниночкой (женаты с 1949 года). А М.В. Келдышу сказал о своем предчувствии, что больше не вернется.

 
Он оказался прав. Простая операция оказалась смертельной.

Сергея Павловича Королёва похоронили 18 января в кремлевской стене. На памятной табличке — имя и годы жизни.