Князь, тайный советник (1721-14.07.1730), камергер (до 1730 и с 30.06.1738). Сын действительного тайного советника, сенатора Г.Ф. Долгорукова и княжны Марии Ивановны Голицыной (ум. после 1735). Молодость провел при посольствах в Париже, Вене, Лондоне. Когда в конце 1720 оба кн. Долгоруковы, отец и сын, уезжали из Варшавы в Петербург, король поручил кн. Сергею Григорьевичу передать Петру Великому, что он желает возобновления дружбы с ним и не считает себя виновным в том, что заключил оборонительный союз с немецким императором, а что касается Швеции, то он заявил, что с нею не заключал никакого договора. Если же театр военных действий перенесется в Польшу, — прибавил король, — а соседи будут относиться враждебно, то поневоле придется искать других союзников. В 1721 Долгоруков, будучи назначен посланником в Польшу, явился к королю Августу в Дрезден с ответом от Петра I, сущность которого такова: "Предлагая возобновление дружбы, не следовало возобновлять дел, напоминание о которых может быть только неприятно русскому царю, который, в надежде на правоту своего дела, не позволит кому бы то ни было пугать себя угрозами". Польский король принял Долгорукова очень милостиво и показал вид, что доволен царским ответом, а посол кроме того уверил его, что слухи о мире между Россией и Швецией неосновательны и что мир не будет заключен помимо Польши. В начале 1722, уже после Ништадтского мира, совершившегося без участия Польши, хлопотал о признании королем Августом императорского титула за Петром I. Когда он обращался по поводу этого к некоторым доброжелательным России польским сенаторам, они отвечали, что если король не будет препятствовать, то Речь Посполитая согласится, но только под условием письменного удостоверения, что император и его преемники не будут заявлять прав на русские области, находящиеся во владении у Польши. В сентябре 1722 начался сейм, и Долгорукову пришлось препятствовать укреплению польского престола за сыном Августа II, Морицом Саксонским, и заступиться не только за православных, терпевших притеснения в Польше, но и за "евангеликов", о которых просил Петра I прусский король. В начале 1723 король Август уехал из Варшавы в Дрезден. Долгоруков отправился за ним и в Бреславле имел разговор с сыном бывшего короля Яна Собесского, королевичем Константином, которому передал о желании Петра I видеть его на польском престоле. Еще до открытия сейма 1722 Петр I послал в Могилев Рудаковского, состоявшего переводчиком при русском посольстве в Варшаве, для подробного расследования обид, причиненных "людям греческого вероисповедания" в русских областях Речи Посполитой, Рудаковский не ограничился наблюдением, чтоб католики и униаты не притесняли православных, а стал вмешиваться в дела православного духовенства и доносил в Петербург помимо Долгорукова о том, что ему совершенно не было поручено. Таким поведением Рудаковский восстановил против себя Долгоруковa, который неблагоприятно отзывался о нем в своих письмах к Петру I. Перед сеймом 1724, на котором должны были решиться многие важные вопросы, Петр отправил на помощь Долгорукову более опытного и искусного дипломата В.Л. Долгорукова, вызванного из Парижа.
Во время царствования Екатерины І Долгоруков находился в России, а по воцарении Петра II в 1728 был снова послан в Варшаву. При свидании с примасом Потоцким объявил ему, что прислан для уверения короля и республики в дружбе России; в случае же, если бы Август вместе с прусским королем постановили что-либо противное вольности польской, то Россия вместе с германским императором будет помогать Речи Посполитой. В Польше упорно держался в это время слух о договоре, будто бы заключенном между Саксонией и Пруссией, по которому Пруссия обязана была помогать возведению на польский престол Морица Саксонского. Долгоруков не сомневался в существовании подобного договора и неоднократно доносил об этом в Москву. В августе 1729 открылся сейм в Гродно, на котором все сторонники короля Августа, в угоду ему, желали выбрать в гетманы коронные князя Понятовского. России этот выбор был бы неприятен, ввиду близких отношений Понятовского к Швеции и Станиславу Лещинскому, а потому Долгоруков и расположенные к интересам России Потоцкие, кн. Сангушко и литовский гетман Поцей всеми силами содействовали тому, чтобы сейм был "разорван", в чем они и успели.
По возвращении в Россию в 1729 Долгоруков был вовлечён в честолюбивые замыслы своего брата Алексея Григорьевича и явился одним из деятельных участников в составлении подложной духовной императора Петра II, по которой русский престол передавался от имени юного императора его обрученной невесте, княжне Екатерине Долгоруковой, дочери кн. Алексея. По воцарении Анны Иоанновны, 9.04.1730, последовал указ, рассылавший всех кн. Долгоруковых на службу в отдаленные провинции или на житье в дальние их вотчины. Манифестом от 14.04.1730 лишён всех инов. Долгоруков и его семья получили приказание ехать в свою муромскую деревню — сельцо Фоминки, но по дороге туда произошло изменение: новый сенатский указ ссылал их в крепость Раненбург. Пять лет прожили они в этой крепости, а затем, вследствие заступничества П.П. Шафирова, тестя Долгорукова, им было дозволено поселиться в одной из деревень принадлежавшей князю Замотринской волости. В 1738 Анна Иоанновна совершенно помиловала Долгорукова. Он был вызван ко двору, назначен послом в Лондон и ему возвращено звание камергера (30.06.1738). 1.03.1739 умер П.П. Шафиров, а родной племянник Долгорукова, кн. Иван Алексеевич, измученный тюрьмой и пытками, показал на допросе, что Долгоруков писал в январе 1730 подложную духовную Петра II под диктовку кн. В.Л. Долгорукова. Долгоруков уже совсем приготовился ехать в Лондон, его задерживала только отпускная аудиенция Анны Иоанновны, но вместо Лондона он попал в Шлиссельбург, а восемь месяцев спустя был казнён близ Новгорода вместе с несколькими своими родственниками. Погребён в Богоявленском монастыре (Москва).
Женат на баронессе Марфе Петровне Шафировой (1697-1762), дочери П.П. Шафирова. Имели детей Николая Сергеевича (ум. 1784); Петра Сергеевича (1726-1769), генерал-майора; Григория Сергеевича (1729-1818); Василия Сергеевича (ум. 1803); Анну Сергеевну, замужем за князем Яковом Сергеевичем Голицыным (1712-1733).
