برین در 21 آگوست 1973 در شهر مسکو به دنیا آمد. پدرش ریاضیدان و مادرش محقق علوم فضایی بود.
در سال 1979 خانواده برین به ایالات متحده مهاجرت کردند. سرگی در سال 1990 به دانشگاه مریلند رفت و موفق شد لیسانس خود را از این دانشگاه دریافت کند.
وی سپس به دانشگاه اسنفورد رفت و فوق لیسانس خود را در رشته علوم کامپیوتر از این دانشگاه دریافت کرد و در 1993 دوره کارآموزی خود را در موسسه تحقیقاتی ولفرام، محل تولد نرمافزار ریاضی Mathematica گذارند.
برین در دانشگاه اسنفورد با لری پیج آشنا شد. بعد از مدت کوتاهی این دو به دوستهای نزدیک هم تبدیل شدند و کاربروی موتورهای جستجوی اینترنتی را شروع کردند.
بعد از مدتی برین و پیج شروع به ساخت نرمافزار موتور جستجوی گوگل کردند و در ژانویه 1996 به طور رسمی گوگل را پایه گذاری کردند.
گوگل برخلاف موتورجستجوهای پیش از خود که از فرکانس تکرار یک عبارت در صفحات وب برای جستجوی استفاده میکرد، از ارتباط محتوای صفحات با یکدیگر برای نمایش بهترین نتایج بهره میبرد. این فنآوری را Page Rank نامگذاری کردند.
سرمایه سرگی برین تا پایان سال 2012 مبلغ 20.3 میلیارد دلار تخمین زده شده و تا آن سال به گفته مجله فوربز بیست و چهارمین فرد پولدار جهان معرفی شدهاست.