Сергей Герасимов родился в селе Кундравы Челябинской области. Отец, Аполлинарий Герасимов, раньше работал на Путиловском заводе в Петербурге, пока его не арестовали и не выслали в Сибирь на 4 года за распространение марксистской литературы. С 1890-х годов он был инженером на Миасском заводе – предприятии по добыче золота. Мать, Юдифь Эстрович, выросла в украинском городе Старобельск, но оказалась в Сибири за участие в народовольческом кружке.
В 1909 году отец утонул во время геологической экспедиции. Мать решила переехать в Екатеринбург: в большом городе было легче найти работу, чтобы прокормить семью. Детям она наняла няню.
«Это была замечательная женщина, в свое время окончившая прогимназию, чем она очень гордилась. В годы детства она была для меня самым дорогим человеком на свете. Мать я видел редко – чтобы прокормить, обуть, одеть немалое семейство, она постоянно работала в городе».
Сергей Герасимов «Жизнь, фильмы, споры».
Когда Сергею Герасимову было восемь лет, он впервые попал в театр на оперу «Евгений Онегин». Вскоре после этого он посмотрел драматический спектакль «Разбойники» по одноименной пьесе Шиллера. Главную роль играл знаменитый актер Михаил Розен-Санин.
«Я и сейчас вижу его поразительное лицо, когда он держит перед собой зеркало, а потом в отчаянии разбивает его. После спектакля я потерял сон и, обладая изрядной памятью, повторял наизусть куски яростных шиллеровских текстов, немыслимо гримасничал перед зеркалом, драпируясь в нянин платок».
Сергей Герасимов «Жизнь, фильмы, споры».
Будущий режиссер по выходным устраивал миниатюрный домашний театр: переворачивал вверх ножками табурет и покрывал его платком – так получались сцена с кулисами, а декорации делал из цветной бумаги и елочных игрушек. Няня учила Герасимова рисовать и прочила ему карьеру живописца.
В 1915 году Сергей поступил в реальное училище в Екатеринбурге, однако проучился он там недолго: в 1918 году стали задерживать жалования рабочим, и бедность вынудила мать с тремя младшими детьми переехать в Красноярск.
В 14 лет Сергей Герасимов устроился на металлургический завод и стал помогать семье деньгами.
«Переехав с семьей в Сибирь, продолжал свое безалаберное учение в Красноярске, деля его с работой. Годы были трудные, голодные. И тогда я совсем забыл об искусстве – мечты мои не шли дальше сытного обеда и сна вдосталь».
Сергей Герасимов «Жизнь, фильмы, споры».
В начале 1920-х годов семья вернулась в Екатеринбург. Старшие братья к этому времени сами получили образование и устроились на работу: Владимир был архитектором, Борис – оперным певцом. Они стали помогать деньгами и поддержали увлечение Сергея Герасимова театром. Теперь будущий режиссер не пропускал премьер.
В 1923 году Сергей Герасимов отправился в Петроград, чтобы стать художником. Он поступил в Художественно-педагогический техникум (сейчас – Санкт-Петербургское художественное училище имени Н. К. Рериха). Однако через несколько месяцев будущий режиссер забросил учебу: глядя на соседние мольберты он понял, что дарование его в живописи ничтожно малое и что его влечет совсем в другую сторону. В 1924 году его однокурсник Иван Дорер привел восемнадцатилетнего Герасимова в театральную молодежную группу ФЭКС – «Фабрику эксцентрического актера».
Позже режиссер вспоминал, что несмотря на то, что он жил в столице уже не первый месяц, он все равно стеснялся своей провинциальной неосведомленности и обычно не расспрашивал своих приятелей, что значит то или иное, а слепо шел за ними, имея в виду – познать жизнь такой, какой она сама открывалась ему. Режиссерами экспериментальной мастерской были Леонид Трауберг и Григорий Козинцев. Ненамного старше Герасимова, они быстро нашли с ним общий язык и в первую же встречу предложили главную роль в новом спектакле «Гамлет». Герасимов начал учить роль, однако постановка так и не состоялась: вместо театра руководители ФЭКС решили заняться кинематографом.
В мастерской ФЭКС Сергей Герасимов получил первые навыки в актерской профессии: занятия вел сценарист и кинорежиссёр Леонид Трауберг. Акробатика, гимнастика и бокс были обязательной частью учебной программы.
В 1925 году будущий режиссер дебютировал в кино. Он снялся в немой комедии «Мишки против Юденича» о битве пионера Мишки и дрессированного медведя с войском белого генерала Юденича. Герасимов сыграл роль шпиона. В следующем году с его участием вышли фильмы «Чертово колесо» и «Шинель». Чтобы научиться лучше держаться в кадре, Сергей Герасимов поступил в Техникум сценических искусств (сейчас – Российский государственный институт сценических искусств).
В 1927 году режиссеры Козинцев и Трауберг одобрили Герасимова на главную роль в фильме «С.В.Д.» о восстании киевского общества декабристов в 1825 году. Актёр играл предателя по имени Медокс, из-за которого заговор раскрыли.
«Я стойко перенес все превратности сюжета, по которому Медоксу предстояло погибнуть в затопленном монастырском подземелье от нашествия крыс <…> В декорацию подземелья хлынула накопленная в специальном бассейне ледяная невская вода (дело было зимой), затем туда выпустили крыс. Но крысы не хотели уничтожать Медокса — они расползались, лезли по стенам. Помощники режиссера ловили их и швыряли обратно. Тогда, озлившись, животные действительно кинулись на меня».
Сергей Герасимов «Жизнь, фильмы, споры».