Родился 27 августа 1958 года в Ленинграде, СССР.

В 1981 году закончил Ленинградский механический институт, получив квалификацию инженера-механика. После окончания института работал в НПО «Энергия». Испытывал оборудование, применяемое в космических полётах, разрабатывал методы работы в космосе и участвовал в работе наземной службы управления. В 1985 году, когда возникли неисправности на станции «Салют-7», он работал в группе восстановления, разрабатывал методы стыковки с неуправляемой станцией и ремонта её бортовых систем.

Крикалёв был отобран для подготовки к космическим полётам в 1985 году, в следующем году закончил курс основной подготовки и был на время направлен в группу по программе корабля многоразового использования «Буран».

В начале 1988 году начал подготовку к своему первому долговременному полёту на станции «Мир». Тренировки включали подготовку к выходам в открытый космос, к стыковкам с новыми модулями, к первым испытаниям установки для перемещения космонавта и к работе во второй советско-французской научной экспедиции. «Союз ТМ-7» был запущен 26 ноября 1988, экипаж состоял из командира Александра Александровича Волкова, бортинженера Крикалёва и французского астронавта Жан-Лу Кретьена. Предыдущий экипаж оставался на станции «Мир» ещё двадцать шесть дней, установив тем самым наиболее длительное время пребывания на станции экипажа из шести человек. После того, как предыдущий экипаж вернулся на Землю, Крикалёв, Поляков и Волков продолжили выполнять эксперименты на борту станции. В связи с тем, что прибытие следующего экипажа задержалось, они подготовили станцию к беспилотному полёту и вернулись на Землю 27 апреля 1989 года. За этот полёт Крикалёву было присвоено звание Героя Советского Союза.

В 1990 году Крикалёв готовился к своему второму полёту как член дублирующего экипажа для восьмой долговременной экспедиции на станцию «Мир». В декабре 1990 Крикалёв начал подготовку к участию в девятой экспедиции на станцию «Мир». Союз ТМ-12 был запущен 19 мая 1991 года с командиром Анатолием Павловичем Арцебарским, бортинженером Крикалёвым и британской астронавткой Хелен Шарман. Через неделю Шарман вернулась на Землю с предыдущим экипажем, а Крикалёв и Арцебарский остались на «Мире». За лето они осуществили шесть выходов в открытый космос, при этом провели многочисленные научные эксперименты, а также работы по обслуживанию станции.

По плану возвращение Крикалёва должно было произойти через пять месяцев, но в июле 1991 Крикалёв согласился остаться на станции «Мир» в качестве бортинженера с другим экипажем (который должен был прибыть в октябре), так как следующие два полёта были объединены в один. 2 октября 1991 место бортинженера в корабле «Союз ТМ-13» было занято Токтаром Аубакировым, космонавтом из Казахстана, который не был подготовлен к длительному полёту. Он и Франц Фибек, первый астронавт Австрии, вместе с Арцебарским 10 октября вернулись на Землю, а командир Александр Волков остался с Крикалёвым. После смены экипажа в октябре Волков и Крикалёв продолжили эксперименты на «Мире», совершили ещё один выход в открытый космос и вернулись на Землю 25 марта 1992 года. За время полёта страна сменила название — улетали космонавты из СССР, а вернулись уже в Россию. За этот полёт Крикалёв был удостоен звания Героя Российской Федерации № 1.

За два первых полёта Крикалёв провёл в космосе более года и трёх месяцев и совершил семь выходов в открытый космос.

В октябре 1992 года руководство НАСА объявило о том, что на американском корабле многоразового использования полетит российский космонавт, имеющий опыт космических полётов. Крикалёв стал одним из двух кандидатов, направленных Российским космическим агентством для тренировок вместе с экипажем STS-60. В апреле 1993 года он был объявлен основным кандидатом.

Крикалёв участвовал в полёте STS-60 — первом совместном американо-российском полёте на корабле многоразового использования (шаттле Discovery). Полёт STS-60, начавшийся 3 февраля 1994, был вторым полётом с модулем Spacehab (Space Habitation Module) и первым полётом с устройством WSF (Wake Shield Facility). В течение восьми суток экипаж корабля Discovery выполнил много различных научных экспериментов в области материаловедения, как в устройстве WSF так и в модуле Spacehab, биологических экспериментов и наблюдений поверхности Земли. Крикалёв выполнил значительную часть работ с дистанционным манипулятором. Совершив 130 витков и пролетев 5486215 километров, 11 февраля 1994 года корабль Discovery совершил посадку в Космическом Центре имени Кеннеди (штат Флорида). Таким образом Крикалёв стал первым российским космонавтом, совершившим полёт на американском шаттле.

Сергей Крикалёв работает на МКС. Май 2005 года.

После полёта STS-60 Крикалёв вернулся к своей работе в России. Он периодически направлялся в командировки в Космический Центр имени Джонсона в Хьюстоне, чтобы работать в Центре управления полётами с Поисково-спасательной службой в ходе совместных американо-российских полётов. В частности, он участвовал в наземном обеспечении полётов STS-63, STS-71, STS-74, STS-76.

Крикалёв был назначен в первый экипаж Международной космической станции и первым в декабре 1998 года побывал с краткосрочной миссией на МКС на челноке Индевор.

В октябре 2000 года в составе первого экипажа длительной экспедиции Сергей Крикалёв совместно с Юрием Гидзенко и Уильямом Шепердом начал постоянные пилотируемые полёты на МКС.

11 октября 2005 года Сергей Крикалёв завершил свой шестой полёт, вернувшись на Землю с МКС в спускаемом аппарате корабля «Союз ТМА-6» после полугода на орбите.

Работа на предприятиях и учреждениях космической отрасли

С февраля 2007 года — вице-президент РКК «Энергия» по пилотируемым полётам (с сохранением лётного статуса в отряде космонавтов). Впоследствии — заместитель Генерального конструктора.

27 марта 2009 года — с переходом на другую работу освобождён от занимаемой должности инструктора-космонавта-испытателя 1 класса ОАО «РКК „Энергия“ им. С. П. Королёва».

С 30 марта 2009 года — начальник Федерального государственного бюджетного учреждения «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина».

Увлечения

Высший пилотаж, плавание, подводное плавание, горные лыжи, виндсерфинг, теннис, любительское радио (Х75М1К). Кандидат в мастера спорта по многоборью. Мастер спорта СССР по высшему пилотажу. Участник чемпионатов СССР, Европы и мира по высшему пилотажу. Чемпион СССР в командном зачете (1986). Чемпион Европы в командном зачете (1996). Чемпион мира в командном зачёте (1997).

Радиолюбительский позывной — U5MIR.

Космический фотохудожник. Автор коллекции фоторабот «Живопись Творца» снятой с околоземной орбиты. Основоположник нового направления в фотоискусстве — космическая фотография, представленная в 3D технологии.