Serguéi Gorodetski era hijo del escritor y etnógrafo Mitrofán Ivánovich Gorodetski. Terminado el Sexto Gimnasio de San Petersburgo, entró en los años 1900 en la facultad de historia y filología de la Universidad de San Petersburgo — al mismo tiempo que Aleksandr Blok — y, aunque nunca llegó a graduarse, fue allí donde la poesía lo reclamó. En 1905 frecuentó la «Torre» de Viacheslav Ivánov, y en 1906–1907 publicó los libros de poemas «Yar», «Perún» y «Voluntad salvaje»: obra simbolista con una pronunciada veta folclórica.
En los años diez se separó de los simbolistas, y en 1912 se convirtió en uno de los organizadores del Gremio de Poetas. En 1915 tomó bajo su ala a los llamados «nuevos poetas campesinos» — Serguéi Yesenin, Serguéi Klychkov, Nikolái Kliúev, Aleksandr Shiriáevets. Desde el otoño de 1916 estuvo en el frente del Cáucaso de la Primera Guerra Mundial como representante de la Unión de Ciudades y corresponsal de guerra; más tarde trabajó un tiempo como enfermero en un campamento para enfermos de tifus.
Después de la Revolución de Octubre publicó el libro «El ángel de Armenia», que recogía, entre otras cosas, el tema del genocidio armenio. En Bakú dirigió la sección de arte de ROSTA, y trabajó luego en la administración política de la Flota del Caspio. Desde 1921 vivió en Moscú, publicando mucho y traduciendo poesía, tanto de los pueblos de la URSS como del extranjero. Hasta 1924 fue director literario del Teatro de la Revolución de Moscú, y después, hasta 1932, trabajó en la sección literaria del periódico Izvestia.
En los años treinta se dedicó sobre todo a los libretos de ópera — una manera decente y relativamente segura de ganarse la vida para un escritor. Tradujo los libretos de «Fidelio» de Beethoven, «El aguador» de Cherubini, «Los maestros cantores» y «Lohengrin» de Wagner, y escribió un texto nuevo, «no monárquico», para «Una vida por el zar» de Glinka, que bajo su mano se convirtió en «Iván Susanin». Durante la Segunda Guerra Mundial fue evacuado a Uzbekistán y Tayikistán, donde tradujo a los poetas locales.
Fue activo también como crítico y estudioso de la literatura: en 1911 preparó y publicó una edición en dos tomos de los poemas de Iván Nikitin con un ensayo introductorio propio, y en 1958 dio a la luz el apunte autobiográfico «Mi camino».