他出生於日托米爾，父母為瑪麗亞·科羅廖娃與帕維爾·科羅廖夫，時值帝國末期動盪。童年在革命與內戰的陰影下度過，塑造了那一代人對科技與國家工程的傾向。

他在基輔理工學院展開正規工程訓練，投入機械與航空學。學生設計社團與蘇聯推動技術教育的浪潮，使他愈發走向飛行與推進領域。

科羅廖夫轉入鮑曼莫斯科高等技術學校這所蘇聯頂尖工程學府。在莫斯科，他得以接觸飛機設計師、實驗室，以及日益蓬勃的實驗航空文化。

他設計並試飛多款滑翔機，在蘇聯航空圈與競賽中獲得注目。這些實作磨練了他對結構的直覺與領導作風，強調嚴謹測試而非僅憑理論。

他與桑德等志同道合的工程師組織研究團體，投入火箭與噴射推進的開發。拮据的經費迫使他們以巧思解題，但也形成蘇聯火箭技術的核心雛形。

研究小組被併入反推進研究機構後，科羅廖夫領導液體推進劑火箭的計畫。體制轉換帶來資源與官僚流程，也鍛鍊了他在政治夾縫中周旋的能力。

他在史達林大清洗中被內務人民委員部逮捕，並以「破壞」這類常見罪名指控工程師。被送往殘酷的拘押體系並流放至科雷馬後，他遭受傷病與營養不良，長期影響健康。

科羅廖夫從勞改營被調往秘密的監獄設計局，由被囚的專業人士為國家需求服務。在嚴密控制下與頂尖工程師共事，他在仍受囚禁的情況下重返工程工作。

戰爭對專業人才的需求使他逐步獲得平反，並被允許再次公開工作。從囚犯到受信任專家之間的轉換，凸顯蘇聯體制既能摧毀人才也能重新動員其能力。

科羅廖夫加入蘇聯對繳獲德國火箭基地與相關硬體的檢視工作，聚焦於當時的先進彈道火箭技術。在冷戰初期的競逐下，這些研究加速了蘇聯對大型彈道飛彈的理解與追趕。

他在新的飛彈體系中出任總設計師，並領導後續的特別設計局。在高層支持下，他建立嚴明的設計文化與龐大的協作供應網路。

在權力更迭與美蘇對抗加劇的背景中，他推動洲際射程火箭的研發。他主張可靠的運載工具必須仰賴紮實的推進系統開發與嚴格的品質管制。

他帶領的團隊在七號火箭上取得關鍵成果，使其成為蘇聯首款實用洲際彈道飛彈，也成為強大的太空運載平台。此計畫必須在前所未有的規模上解決分級、導引與引擎可靠性等難題。

十月四日，七號火箭將史普尼克一號送入軌道，震撼全球輿論並令西方政府警覺。科羅廖夫借勢爭取支持，使太空計畫得以超越軍事飛彈目標而全面擴展。

他所領導的團隊推進月球系列任務，並以月球二號讓人造物體首次抵達月球。在激烈的冷戰競爭中，這些任務展現了蘇聯在追蹤、通訊與導引上的能力。

科羅廖夫統籌東方號計畫，於四月十二日將加加林送入軌道，成為人類歷史里程碑。在保密、風險與緊迫時程之間，他以嚴格冗餘設計與測試紀律確保硬體可靠。

隨著阿波羅計畫推進，科羅廖夫主張整合式的蘇聯登月策略，以對抗彼此競爭的設計局體系。他推動一號運載火箭概念，但組織分裂與資源限制拖慢了進度。

科羅廖夫在莫斯科因手術併發症去世，結束了那個時代最具影響力卻長期匿名的工程領導。其後蘇聯媒體才公開他的姓名，世界也因此重新理解史普尼克與東方號背後的真正推手。