Сергей Королёв родился 30 декабря 1906 (12 января 1907) года в городе Житомире в семье учителя русской словесности Павла Яковлевича Королёва (1877—1929), родом из Могилёва, и дочери нежинского купца Марии Николаевны Москаленко (Баланиной) (1888—1980). Ему было около трёх лет, когда Павел Королёв ушел из семьи. Маленького Серёжу отправили в Нежин к бабушке Марии Матвеевне (1867—1936) и дедушке Николаю Яковлевичу Москаленко (1859—1921). В 1915 году поступил в подготовительные классы гимназии в Киеве, в 1917 году пошёл в первый класс гимназии в Одессе, куда переехали мать, Мария Николаевна Баланина, и отчим — Григорий Михайлович Баланин (1881—1963).
Отец: Королёв Павел Яковлевич (1877—1929)
Мать: Москаленко (Баланина) Мария Николаевна (1888—1980)
Супруга: 1-я: (1930—1948) Винцентини Ксения Максимилиановна (1907—1991),
2-я: (1949—1966) Королёва Нина Ивановна (1920—1999)
Дети: (1-й брак) дочь Наталия (1935)