Народився преподобний Сергій в селі Варниці під Ростовом 3 травня 1314 року в сім’ї благочестивих і знатних бояр Кирила і Марії. Господь вибрав його ще з утроби матері. У житії преподобного Сергія розповідається про те, що за Божественною літургією ще до народження сина свята Марія і молільники чули триразовий вигук немовляти: перед читанням Святого Євангелія, під час Херувимської пісні і коли священник сказав: «Святая святим». Бог дарував преподобним Кирилу і Марії сина, якого назвали Варфоломієм.
З особливою ретельністю юнак Варфоломій заглиблювався в молитву, не пропускаючи жодного богослужіння. Уже в дитинстві він наклав на себе суворий піст, нічого не їв по середах і п’ятницях, а в інші дні харчувався тільки хлібом і водою.
У семирічному віці Варфоломія віддали на навчання грамоти. Він всією душею прагнув навчання, проте грамота не давалася йому. Сумуючи через це, він вдень і вночі молив Господа відкрити йому двері книжного розуміння.
Одного разу, шукаючи в полі зниклих коней, Варфоломій побачив під дубом незнайомого старця-чорноризця, який молився. Отрок підійшов до нього і розповів про свою скорботу. Співчутливо вислухавши хлопчика, старець став молитися про його просвічення. Потім, діставши ковчежець, вийняв маленьку частинку просфори і, благословивши нею Варфоломія, сказав: «Візьми, чадо, і з’їж: це дається тобі на знак благодаті Божої і розуміння Святого Письма».
Благодать ця справді зійшла на отрока: Господь дав йому пам’ять та розуміння і отрок став легко засвоювати книжну мудрість. Після цього дива в юному Варфоломії ще більше зміцніло бажання служити тільки Богові. Він хотів усамітнитися за прикладом давніх подвижників, але любов до батьків утримувала його в рідній сім’ї.
Близько 1328 року батьки преподобного Сергія переселилися із Ростова до Радонежа. Поховавши батьків, Варфоломій разом з братом Стефаном пішов для пустельножительства в ліс (за дванадцять верст від Радонежа). Спочатку вони поставили келію, а потім невелику церкву, яка, з благословення митрополита Феогноста, була освячена в ім’я Пресвятої Трійці. Однак невдовзі, не витримавши труднощів життя в пустельному місці, Стефан залишив брата і перейшов до Богоявленського монастиря.
Варфоломій же 7 жовтня 1337 року прийняв чернечий постриг від ігумена Митрофана з ім’ям святого мученика Сергія і поклав початок новому жительству на славу Живоначальної Трійці. Зазнаючи спокус і жахів бісівських, преподобний укріплявся духовно.
Поступово він став відомий іншим ченцям, які шукали його керівництва. Преподобний Сергій всіх приймав з любов’ю, і незабаром в маленькій обителі склалося братство із дванадцяти ченців.
Насилу ченці ублагали преподобного Сергія прийняти ігуменство над обителлю. У 1354 році єпископ Волинський Афанасій висвятив преподобного на ієромонаха і возвів у сан ігумена. Слава про подвиги преподобного Сергія стала відома в Константинополі, і патріарх Філофей надіслав йому хрест, параман та схиму як благословення на нові подвиги, а також прислав благословенну грамоту й порадив обранцеві Божому влаштувати чернечу обитель.
З патріаршим посланням преподобний вирушив до святителя Олексія і отримав від нього пораду запровадити суворе спільножительство. Ченці стали нарікати на суворість уставу, і преподобний змушений був залишити монастир. На річці Киржач він заснував обитель на честь Благовіщення Пресвятої Богородиці. В колишній обителі лад став швидко занепадати, і ченці, які залишилися там, звернулися до святителя Олексія, щоб він повернув святого.
Ще за життя преподобний Сергій удостоївся благодатного дару чудотворіння. Він воскресив отрока, коли зневірений батько вважав єдиного сина назавжди втраченим. Слава про чудеса, звершені преподобним Сергієм, швидко поширювалася, і до нього стали приводити хворих як із навколишніх селищ, так і із віддалених місць. І ніхто не залишав преподобного, не отримавши зцілення недуг і повчальних порад.