Сергей Романов родился 17 июля 1957 года в городе Новая Ляля, Свердловская область. В 1980 году окончил Московский авиационный институт по специальности «инженер-механик». Позднее получил научную степень доктора технических наук.
С 1980 по 1981 год работал инженером Головного конструкторского бюро Научно-производственного объединения «Энергия» в Калининграде, Московской области. В 1983 году прошел срочную службу в Вооруженных силах.
После службы занимал должности инженера, старшего инженера, ведущего инженера, начальника сектора, начальника отделения, заместителя руководителя научно-технического центра и в конце начальника отделения Открытого Акционерного Общества Ракетно-космического комплекса «Энергия» имени Сергея Королева.
Начиная с 2003 года являлся заместителем генерального конструктора, руководителем научно-технического центра, вице-президента, заместитель генерального конструктора. В конце,до 2012 года, руководил научно-техническим центром ОАО РКК «Энергия».
В 2012 году был избран первым заместитель генерального конструктора, руководителем Офиса управления проектами ОАО РКК «Энергия».
Сергей Юрьевич принимал непосредственное участие в разработке и эксплуатации систем жизнеобеспечения и терморегулирования на орбитальной станции «Салют-7», многомодульном научно-исследовательском комплексе «Мир». Участвовал в разработке проекта «Буран».
Романов, с марта 2014 года занимал пост первого заместителя генерального конструктора, генерального директора ЗАО «Завод экспериментального машиностроения» РКК «Энергия». Через несколько месяцев перешел на должность генерального конструктора пилотируемых космических комплексов РКК «Энергия»,затем стал генеральным директором ЗАО «ЗЭМ». С ноября 2015 года занимал пост генеральный конструктор пилотируемых космических комплексов Ракетно-космического комплекса «Энергия».
Заместителем председателя Государственной комиссии по проведению летных испытаний пилотируемых космических комплексов Сергей Юрьевич стал в декабре 2016 года.
Сергей Романов с 4 августа 2018 года назначен временно исполняющим обязанности директора ПАО «РКК «Энергия». Акционеры корпорации «Энергия» на внеочередном собрании, 13 сентября 2018 года Романова новым руководителем ракетно-космической корпорации.
На заседании совета директоров ПАО РКК «Энергия», проведенном в форме заочного голосования, принято решение приостановить полномочия генерального директора ПАО РКК «Энергия» Романова Сергея Юрьевича с 24 января 2019 года. Опытный руководитель продолжит работу в «Энергии» в должности первого заместителя генерального директора.
При его непосредственном участии осуществлены успешные запуски и стыковки с Международной Космической Станцией модулей «Поиск» и «Рассвет». Проведены натурные испытания ряда транспортных пилотируемых космических кораблей.
Лауреат премии правительства РФ в области науки и техники
Орден Дружбы
Медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени