Будущий чемпион родился и вырос в поселке Междуреченский Ханты-Мансийского автономного округа. Родители, Александр Гаврилович и Наталья Павловна, к спорту никакого отношения не имеют, также как и старшие братья – Михаил и Владимир. Из всех сыновей супружеской пары Серёжа был самым непоседливым, поэтому и возникла идея отдать мальчика в спортивную секцию, чтобы физическими нагрузками компенсировать его гиперактивность. Поначалу это был бокс, но мальчику не удалось поладить со строгим тренером, и через пару месяцев он бросил занятия.
Но тут сосед Сергей Галанин позвал парнишку с собой за компанию в лыжную секцию при СДЮШОР по биатлону, и там Серёже очень понравилось. Сначала он с другими ребятами просто катался с горок, затем научился на высокой скорости объезжать препятствия и стрелять из спортивной винтовки. Через месяц Устюгов выиграл свои первые соревнования, и уже тогда решил, что обязательно станет чемпионом. Правда, на первых порах у мальчика были серьезные проблемы с дисциплиной, и тренеру Ивану Брагину пришлось хорошо постараться, чтобы приучить его к порядку. Позднее Сергей не раз заявлял, что если бы не спорт, он мог бы скатиться по наклонной дорожке и даже угодить в тюрьму, как многие его приятели. А так из-за интенсивных тренировок на глупости времени не хватало, как, впрочем, и на школу, которую Устюгов терпеть не мог.
В 2011 году Устюгов выиграл свое первое «золото» в спринте на юниорском Чемпионате мира по лыжным гонкам в эстонском Отепя. Через год стал королём турецкого Эрзурума, где победил на всех четырех дистанциях мирового первенства среди юниоров.
В 2013 Сергей выиграл две золотые медали на молодежном чемпионате мира в чешском Либереце, хотя был младше всех соперников. В 2013 году на Чемпионате мира в Валь-ди-Флемме стал бронзовым призером в эстафете. В 2014 году Устюгов в составе российской сборной отправился на свои первые Олимпийские игры в Сочи, и там случилась первая неудача для Сергея!
Он вышел в финал спринта и мог вполне дотянуться до золота своей первой Олимпиады, а уж на пьедестал спортсмен рассчитал 100%, ( мертвый Йонссон, уставший Хельнер), но... норвежец Глорсен завалил Хельнера, а Хельнер Устюгова.
Потом будет ужасная несправедливость - недопуск на Олимпиаду 2018 в Пхенчане, где взошла звезда Большунова, внутреннего раздражителя и конкурента Сергея.
Удача вернулась к Сергею на Чемпионате мира 2017 года - тот чемпионат мира по лыжным видам спорта 2017 года стал настоящим триумфом Устюгова: он привез из финского Лахти две золотые и три серебряные медали. По количеству наград на одном первенстве мира спортсмен повторил рекорд норвежцев Бьёрна Дели и Петтера Нортуга, а также сравнялся по количеству медалей со знаменитым российским лыжником Алексеем Прокуроровым.
Особым достижением в карьере Устюгова стало его триумфальное выступление на многодневной гонке Тур де Ски 2017. Он выиграл пять из семи этапов и стал первым российским лыжником, кто одержал 5 побед и победил в общем зачете Тур де Ски. Этот успех укрепил его статус как одного из сильнейших лыжников современности.
Олимпиада в Пекине 2022 года стала и провалом и триумфом Сергея Устюгова одновременно, он не прошел в финал спринта, к которому активно готовился и был сильно расстроен результатом. Но глава ФЛГР Елена Вяльбе настояла на включение Устюгова ( по совокупности его вклада в российские лыжи и за прошлые неудачи) в эстафетную гонку на последний 4 этап.
Так Сергей Устюгов стал Олимпийским чемпионом.
10 августа 2019 года Сергей женился на партнерше по сборной России, чемпионке мира по лыжным гонкам среди юниоров Елене Соболевой. Свадьба прошла в Екатеринбурге и, несмотря на летнюю жару, напоминала зимнюю сказку благодаря оригинальному белоснежному оформлению.
17 января 2020 года у пары родилась дочь Кира, появление которой перевернуло жизнь спортсмена - бунтаря!
Сейчас Сергей Устюгов тренируется отдельно от сборной страны, собрав свою мини команду Югра 3.0 и выступает за Ханты-Мансийский автономный округ.