До ареста работал инженером Научно-Исследовательского института № 3 НКБ СССР (бывший НКОП – Народного Комиссариата Оборонной Промышленности, а еще ранее – РНИИ – Реактивный Научно-Исследовательский Институт, созданный в первой половине 30-х гг. в Москве). Беспартийный. Женатый.

Арестован 27 июня 1938 г., как участник антисоветской организации, проводившей вредительскую работу.

27 сентября 1938 г. С. П. Королев Военной коллегией Верховного Суда СССР был приговорен по ст. ст. 58-7,  58-11 к 10 г. тюремного заключения с поражением в правах на 5 лет. С октября 1938 г. до июня 1939 г. находился в Новочеркасской (Ростовская обл.) тюрьме.

13 июня 1939 г. Пленум Верховного суда СССР пересмотрел дело Королева и вынес решение отменить приговор от 27 сентября 1938 г., а следственное дело передать в следственную часть НКВД для нового рассмотрения…

Однако об этом постановлении Сергей Павлович не знал, как, впрочем и некоторые работники НКВД, бдительно «опекавшие» осужденного. Не знали потому, что уже 21 июля 1939 г. пароход «Дальстрой» привез Королева в Магадан (путь до Магадана в то время занимал не менее месяца), а 29 июня он был этапирован к месту отбытия наказания – прииск «Мальдяк» (пос. закрыт в середине 90-х г.) Западного ГПУ (ныне Сусуманский р-н), куда прибыл 3 августа. Работал на добыче золота, но не долго.

Уже в конце ноябре 1939 С. П. Королева с прииска «Мальдяк» увезли в Магадан, откуда он должен был быть этапирован в Москву для пересмотра дела. 23 декабря 1939 г. пароходом «Феликс Дзержинский» его отправили во Владивосток, а 28 февраля 1940 г. вновь водворили в Бутырскую тюрьму.

 28 мая 1940 г. следствие по пересмотру дела было закончено и передано на рассмотрение ОСО при НКВД СССР, решением которого от 10 июня С. П. Королев был приговорен к 8 годам ИТЛ.

Но в лагерь молодого ученого-конструктора не отправили, а определили в Особое Техническое бюро при НКВД («Туполевская шарашка»).

В 1942 г. перевели в Казань, а в 1944 г. освободили из заключения и он, вернувшись в  Москву, продолжил научно-конструкторскую деятельность…

13 мая 1946 г. Постановлением Совета Министров СССР в Москве был создан научно-исследовательский институт № 88 (НИИ № 88). В этом же году Королева назначили главным конструктором БРДД (баллистическая ракета дальнего действия). А 30 августа 1946 года он был назначен начальником 3-го отдела, входившего в состав Специального конструкторского бюро НИИ № 88…

В дальнейшем С. П. Королев много работал как над созданием боевых ракетных комплексов, так и первых спутников Земли, автоматических станций и космических кораблей…

За выдающиеся заслуги перед Родиной он дважды (в 1956 и 1961 гг.) удостаивался высшей государственной награды СССР – Героя Социалистического труда…

18 апреля 1957 г. был реабилитирован.

14 января 1966 г. Сергей Павлович умер.