Народився 13 серпня 1953 р. у Донецьку. У 1976 р. закінчив Донецький політехнічний інститут за спеціальністю «економіка та організація гірничої промисловості». У 1990 р. закінчив Академію суспільних наук при ЦК КПРС за спеціальністю «теорія соціально-політичних відносин». Академік Міжнародної академії безпеки життєдіяльності.
З вересня 1970 р. по серпень 1971 р. Сергій Тулуб працював підземним постачальником-такелажником на шахті «Кіровська» комбінату «Донецьквугілля».
З вересня 1976 р. по березень 1977 р. - гірський майстер шахти ім. Скочинського ВО «Донецьквугілля».
З березня 1977 р. до листопада 1981 р. - гірський майстер шахти, помічник начальника дільниці, начальник зміни на шахті «Комуніст» ВО «Шахтарськантрацит».
З листопада 1981 р. до березня 1983 р. Сергій Тулуб працював інструктором виробничо-транспортного відділку Харцизького міськкому КПУ.
З березня 1983 р. до серпня 1986 р. - головний інженер, директор шахти, директор шахтоуправління «Харцизька» ВО «Октябрьуголь».
З серпня 1986 р. по серпень 1990 р. - перший секретар Харцизького міськкому КПУ.
З серпня 1990 р. до жовтня 1992 р. - директор з капітального будівництва ВО «Октябрьуголь».
З жовтня 1992 р. до жовтня 1996 р. - технічний директор, генеральний директор ВО «Шахтарськвугілля».
З жовтня 1996 р. до вересня 1997 р. - гендиректор - голова правління ДХК «Шахтарськантрацит».
Вересень 1997 р. - червень 1998 р. - начальник ГУ вуглепрому та енергетики Донецької облдержадміністрації, заступник голови ОДА з питань промисловості, енергетики, транспорту та зв`язку.
В червні 1998 р. Сергій Тулуб призначається міністром вуглепрому, звідки в грудні 1999 р. перепризначається міністром палива та енергетики. Звільнено в червні 2000 р.
З серпня 2000 р. по листопад 2002 р. - заступник секретаря Ради національної безпеки та оборони.
З червня 2002 р. по квітень 2004 р. - президент НАЕК «Енергоатом».
З квітня 2004 р. по лютий 2005 р. Сергій Тулуб суміщає посади президенту «Енергоатому» та міністра палива і енергетики в уряді Віктора Януковича - Миколи Азарова.
В березні 2006 р. обирається за списком Партії регіонів до Верховної Ради V скликання.
З серпня 2006 р. по вересень 2007 р. - міністр вуглепрому в уряді Віктора Януковича.
Восени 2007 р. за списком ПР обирається до ВР VI скликання.
6 квітня 2010 р. Сергій Тулуб призначений головою Черкаської облдержадміністрації.
Нагороджений медаллю «За трудову доблесть», орденом «За заслуги» III ступеню. Повний кавалер знаків «Шахтерська слава» та «Шахтерська доблесть». Лауреат Державної премії в області науки і техніки, Герой України, заслужений діяч науки і техніки України.