Родился 14 февраля 1953 года в городе Пушкине.
В 1980 году окончил геофизическое отделение Ленинградского горного института, в 1992 году — факультет внешнеэкономической деятельности Санкт-Петербургского государственного технического университета, в 1997 году — Северо-западный филиал Российской академии государственной службы при президенте РФ, в 1998 и 2004 годах — юридический и философский факультеты Санкт-Петербургского государственного университета.
С 1971 по 1973 годы проходил срочную службу в воздушно-десантных войсках, служил в городах Гайжюнай (Литва) и Кировабад (Азербайджан).
С 1976 1978 годы работал старшим лаборантом кафедры геохимии Горного института, состоял в штате НПО «Рудгеофизика».
С 1978 года — старший инженер-геофизик НПО «Рудгеофизика», затем геофизик Зеленогорской экспедиции Министерства геологии СССР.
В 1986–1991 годах работал старшим геофизиком аэропартии «Зарубежгеологии» в Монголии.
С 1987 по 1991 годы — глава компании «Гарант-сервис», с 1991 по 1994 годы — глава Русской торговой палаты.
В 1993-1994 годах — начальник производственного отдела фирмы СТР, с 1994 по 1995 годы — исполнительный директор строительной корпорации «Возрождение Санкт-Петербурга», а также Северного инвестиционно-финансового фонда.
В 1994 году избран депутатом Законодательного собрания Санкт-Петербурга I созыва от избирательного блока «Весь Петербург».
В 1998 году вновь был избран в Законодательное собрание Санкт-Петербурга, выдвигался по избирательному округу № 12.
В 2000 году был заместителем руководителя избирательного штаба кандидата в президенты РФ Владимира Путина по Санкт-Петербургу.
С 2001 года — член Совета Федерации РФ, представлял Законодательное собрание Санкт-Петербурга. 5 декабря 2001 года избран председателем Совета Федерации.
В 2002 году вошел в состав Совета безопасности РФ, в 2004–2011 годы — постоянный член Совбеза.
В 2003 году избран председателем Российской партии жизни. В том же году участвовал в выборах депутатов Госдумы IV созыва от блока «Партия возрождения России — Российская партия жизни». Блок не смог преодолеть пятипроцентный барьер, набрав 1,88%.
В 2004 году Миронов участвовал в выборах президента России. Занял последнее шестое место (0,75%).
В 2006 году избран председателем новой партии «Справедливая Россия: Родина/Пенсионеры/Жизнь». Переизбран на эту должность в апреле 2008 года, также возглавил центральный совет, президиум совета и бюро партии.
В 2007 году был избран депутатом Госдумы V созыва по федеральному списку партии «Справедливая Россия: Родина/Пенсионеры/Жизнь», однако от мандата отказался, сохранив, сохранив членство в Совете Федерации.
В 2011 году объявил об уходе с поста председателя «Справедливой России», заявив при этом, что остается лидером партии.
В 2011 году Законодательное собрание Санкт-Петербурга досрочно прекратила полномочия Сергея Миронова в Совете Федерации.
С 2011 года по настоящее время — депутат Госдумы.
В 2012 году участвовал в выборах президента России от партии «Справедливая Россия». Занял последнее пятое место, набрав 3,85% голосов избирателей.
В 2013 году был переизбран председателем партии «Справедливая Россия».
С 2020 года — член Государственного совета РФ.
С 2021 года — председатель партии «Справедливая Россия — Патриоты — За правду». Избран на объединительном съезде партий «Справедливая Россия», «За правду» (лидер — Захар Прилепин) и «Патриоты России» (лидер — Геннадий Семигин). Сопредседателями объединенной партии избраны Захар Прилепин и Геннадий Семигин.
Награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» III степени, орденом Преподобного Сергия Радонежского II и I степеней, орденом Почета (Южная Осетия), цепью ордена Почета (высшая награда конгресса Республики Перу). Имеет благодарность правительства РФ.
Автор книг и сборников статей «10 лет в политике», «За нами Россия», «Обгон по левому ряду: уроки политической борьбы», «Будущее России — тревоги и надежды», «В трудное время вместе с народом», «Серега».