Сергей Владимирович Железняк родился 30 июля 1970 года в Ленинграде (ныне — Санкт-Петербург).
В 1987 году окончил Ленинградское Нахимовское военно-морское училище (ныне Нахимовское военно-морское училище), в 1991 году — Киевское высшее военно-морское политическое училище. В 2007 году окончил швейцарскую бизнес-школу IMD (International Management Institute) в Лозанне. Доктор философии. Кандидат юридических наук.
С 1991 по 1992 год служил на Балтийском флоте.
В 1992-2007 годах работал в компаниях рекламного бизнеса. Был президентом Национальной ассоциации наружной рекламы и информации, членом комитета по рекламе Торгово-промышленной палаты Российской Федерации, членом комиссии по развитию рекламы при правительстве Москвы.
В декабре 2007 года Сергей Железняк был избран депутатом Государственной Думы пятого созыва от партии "Единая Россия". С марта 2011 года занимал пост председателя комитета по информационной политике.
В декабре 2011 года Железняк был избран депутатом Госдумы шестого созыва.
5 июня 2012 года был избран заместителем секретаря генерального совета партии "Единая Россия".
8 июня 2012 года был утвержден вице-спикером Государственной Думы шестого созыва.
18 сентября 2016 года был избран депутатом Государственной Думы седьмого созыва. Член комитета по международным делам.
11 октября 2018 года президиум генерального совета "Единой России" принял решение освободить Сергея Железняка от должности заместителя секретаря генерального совета партии.
Общая сумма декларированного дохода за 2017 год составила 6,37 миллиона рублей.