Родился в Петербурге в 1884 году в семье крупного чиновника, штатского генерала Министерства внутренних дел, писателя-этнографа, художника-любителя. Окончив гимназию в 1902 году, юноша поступил в Петербургский университет на историко-филологический факультет. Там подружился с Блоком , поэзия которого оказала сильное влияние на будущее творчество талантливого студента. Именно ему, абсолютному мерилу эстетической и нравственной чувственности, Сергей доверял самые сокровенные раздумья о разных явлениях в искусстве и жизни.

После путешествия по Псковской губернии с особым интересом занимался славяноведением, а также античностью, русской литературой, историей искусств, философией и фольклором.

Первая книга стихов "Ярь" вышла в свет в 1906, за ней последовала вторая - "Перун", затем третья - "Дикая воля". Они принесли двадцатидвухлетнему поэту широкое признание.

Разочаровавшись в символизме (посещал знаменитые "среды" Вячеслава Иванова, теоретика символистов), стал одним из организаторов "Цеха поэтов", акмеистов, куда вошли Н. Гумилев, А. Ахматова, О. Мандельштам и др. Издавали журнал "Гиперборей". В 1913 выпустил книгу восьмистиший - "Цветущий посох". С 1915 начинается дружба с Сергеем Есениным, в котором он увидел надежду русской литературы и всячески поддерживал его. Появлением детского фольклора отечественная литература обязана Сергею Митрофановичу Городецкому, писавшему большое количество детских произведений и собиравшему рисунки юных талантов.

Во время февральской революции 1917 года находился в Персии (Иране), оказавшись там вместе с отступавшими русскими войсками, работал в лагере для больных тифом. Октябрьские события застали его на Кавказе: сначала в Тифлисе, а затем в Баку. В 1918 году он написал стихотворение «Ностальгия», подтверждавшее одобрение поэтом революционных событий.

В 1920 году, после вступления в Баку частей Красной Армии, Городецкий активно включился в обустройство новой жизни, стал руководителем агитационно-пропагандистского отдела в РОСТА, возглавил литчасть Политуправления Каспийского флота, занялся редактированием разных журналов, выступал со статьями и лекциями о русской поэзии, музыке, живописи и культуре кавказских народов.

В 1921 году перебрался в Москву. Полностью изменил свои взгляды, став приверженцем И.В. Сталина. На протяжении всей жизни занимал видное положение в советских литературных кругах. Выполняя социальный заказ, в 1937-44 написал либретто к наиболее известным "коммунистическим" операм - "Прорыв", "Прометей", "Дума про Опанаса", "10 дней, которые потрясли мир" и т.д. По заказу партийных органов написал новое, измененное в нужном ключе либретто к опере М.И. Глинки "Жизнь за царя", которая с этого времени стала называться "Иван Сусанин".

В первые дни Великой Отечественной войны С.М. Городецкий, находясь в Ленинграде, написал стихотворение «В ответ врагу», которое прочел в радиоэфире. Городецкий часто выступал на пунктах призыва, митингах и собраниях. В военные годы поэт находился в эвакуации в Узбекистане, а затем в Таджикистане. Там занимался переводами стихотворений местных авторов. До окончания войны возвратился в столицу, где продолжал плодотворно писать.

В 1945 году Городецкий похоронил супругу Анну Алексеевну Городецкую - верную подругу и соратника всей его жизни (урожденная Козельская, литературный псевдоним Нимфа Бел-конь-Любомирская, по словам А. Блока отличалась необыкновенной красотой). В 1958 году вышло его автобиографическое произведение «Мой путь». В последние годы жизни занимался преподавательской деятельностью в Литературном институте им. Горького.