Народився 22 сентября (4 жовтня) 1894 року у селі Федотово (нині — у складі селища Мелехово Ковровського району) Владимирської губернії (нині Владимирська область) у сім'ї селян.
Закінчив 3 класи сільської школи. Із 16 років працював у кузні. У 1915 році пішов працювати слюсарем на невеликому завод, закінчив технічні курси. У 1917 році приступив до роботи на Ковровському заводі слюсарем (нині ВАТ «Завод імені В. О. Дегтярьова»). Брав участь у доопрацюванні і налагодженні першого російського автомата Федорова. Член ВКП (б) із 1927 року.
Із 1922 року — майстер, потім старший майстер. Із 1929 року — начальник складального цеху, конструктор, керівник експериментальної майстерні. У 1922—1923 роках проєктує ручний кулемет і автоматичну гвинтівку під керівництвом В. Г. Федорова та В. О. Дегтярьова. У 1926 році представлена, а в 1936 році прийнята на озброєння РСЧАавтоматична гвинтівка Симонова (АВС-36).
У 1932—1933 роках — навчання в Промисловій академії.
Із початком німецько-радянської війни Симонов разом із підприємством евакуйований в Саратов. Велику увагу приділяв створенню ручних і станкових кулеметів, але не припинив розробку іншої зброї. До кінця 1944 року Сергій Гаврилович створює перші зразки свого знаменитого СКС під патрон 7,62×39 мм на основі карабіна, розробленого ним же в рамках конкурсу на новий карабін ще в 1940—1941 роках.
У 1950—1970 роках С. Г. Симонов працював у НДІ-61 (нині Центральний НДІ точного машинобудування ЦНДІТОЧМАШ) у м. КлимовськМосковської області. Був депутатом ВС РРФСР.
Автоматична гвинтівка Симонова АВС-034 (дослідний зразок 1936 року);
Дослідний зразок СВС — 18 зразків 1939 року;
Дослідний зразок СВС-37-П-41 (1941 рік);
Дослідний зразок СВС-53 (1944 рік);
Ручний кулемет РПС-3 зразка 1942 року (дослідний зразок);
9-мм пістолет-кулемет ППС-9 зразка 1949 року (дослідний зразок);
У 1941 році розробив 14,5-мм протитанкову самозарядну рушницю (ПТРС), що успішно застосовувалося в період німецько-радянської війни.
У кінці 1944-початку 1945 року на озброєння Червоної армії прийнятий самозарядний карабін Симонова СКС. Випускався за ліцензією в багатьох країнах: Китай, Югославія, НДР, Чехословаччина, Польща і інних. У 20 країнах перебував на озброєнні. В окремих країнах (Бутан, Індія, Албанія та ін.) знаходиться на озброєнні й в даний час. За весь час випущено, за різними оцінками, від 15 до 20 мільйонів зразків. У США в особистому користуванні знаходиться близько 1,5 мільйонів екземплярів (на початок 2014 року).
Самозарядний карабін Симонова СКС-41 зразка 1944 року (дослідний зразок);
Дослідний зразок автоматичного карабіна Симонова АКС-М-3-44 (1944 рік);
Снайперський самозарядний карабін зразка 1945 року СКС-45;
Автомат АКС-75 (дослідний зразок) 1952 рік;
Автомат АС-104 (1956 рік);
7,65-мм пістолет СПС зразка 1949 року під пістолетний патрон «Браунінг»;
7,62-мм пістолет СПС зразка 1941 року під пістолетний патрон ТТ (експериментальний зразок)[3].
Болотин Д. Н. Советское стрелковое оружие за 50 лет. — Л., 1967.
Болотин Д. Н. Старейший советский оружейник. — «Военный вестник». — 1969. — № 10.
Город воинской славы Ковров: Сквозь века. — Иваново; Ковров, 2013. — С.139-141.
Купцов А. Г. Странная история оружия: С. Г. Симонов — неизвестный гений России, или кто и как разоружил советского солдата. — 2-е изд. — М.: Крафт+, 2003. — 428 с. — ISBN 5-93675-044-2.
Мартынчук Н. Н. Дело жизни. — М., 1975. — С.100—105.
Шестаковский А. Ф. Самородок: Жизнь и творчество старейшего советского конструктора стрелкового оружия С. Г. Симонова. — М.: Московский рабочий, 1983. — 223 с.
Шестаковский А. Ф. Достичь невозможного. — М.: Просвещение, 1991. — 143 с. ISBN 5-09-002801-X.
