Сергей Брин родился 21 августа 1973 года в Москве. Его родители были выпускниками механико-математического факультета МГУ и занимались наукой.
Когда Сергею было шесть лет, семья переехала в США. Младший брат Брина Сэм родился уже в Америке (он тоже бизнесмен).
Брин увлекался программированием и математикой и в 1993 году получил степень бакалавра по обеим специальностям. Позже он получил стипендию на обучение программированию в магистратуре Мэрилэндского университета.
Во время учебы Сергей Брин познакомился с Ларри Пейджем. Сферы их интересов пересекались, и в дальнейшем они написали совместную научную работу по анатомии гипертекстового поиска, которая легла в основу поискового алгоритма Google.
Первые интернет-поисковики тогда уже появились, но идея Брина и Пейджа была революционной: сортировать выдачу не по количеству повторения слова на странице, а по актуальности и количеству ссылок (сейчас такой механизм используется по умолчанию в любом поиске).
Студенты обкатали идею на поисковике для студентов и, поняв ее жизнеспособность, решили продать бизнесменам. Когда никто из покупателей не согласился, они составили бизнес-план и решили взять дело в свои руки.
Систему планировалось назвать Googol (Гуголь, число, означающее десятку в сотой степени). По легенде окончательное название появилось из-за опечатки: инвестор Энди Бехтольшайм выписал стартаперам чек, но вместо Googol там было написано Google.
Брин и Пейдж бросили учебу и начали заниматься делами компании. Домен зарегистрирован в сентябре 1997 года, заработал год спустя. Первый сервер нынешней мегакорпорации был собран в комнате общежития, корпус состоял из конструктора Lego.
К середине 1999 года компания переехала в офис в Кремниевой долине, через четыре года она переместилась в калифорнийский город Маунтин-Вью, где находится до сих пор.
В 2004 году основатели Google стали миллиардерами. По состоянию на 2024 год Брин занимает в списке Forbes 11 место.
В начале 00-х Google начал активно развиваться за счет приобретения различных стартапов. На их основе создавались различные сервисы. В 2005 году компания купила разработчика программного обеспечения Android, а год спустя — видеохостинг YouTube.
4 декабря 2019 года Брин и Пейдж покинули должности в Alphabet (материнская структура, созданная в ходе реорганизации), но остались акционерами.
Уйдя из Google Брин занялся благотворительностью. В частности, он спонсирует исследования по борьбе со старением и предотвращению болезни Паркинсона (этим неизлечимым недугом страдает мать программиста, согласно генетическим исследованиям, он сам также имеет высокую предрасположенность к паркинсонизму).
Сергей Брин был дважды женат, в этих браках родилось трое детей. Со второй женой Николь Шахаран он развелся в 2022 году. После этого о его личной жизни ничего не известно.