Родился 13 августа 1953 г. в Донецке. В 1976 г. окончил Донецкий политехнический институт по специальности «экономика и организация горной промышленности». В 1990 г. окончил Академию общественных наук при ЦК КПСС по специальности «теория социально-политических отношений». Академик Международной академии безопасности жизнедеятельности.
С сентября 1970 г. по август 1971 Сергей Тулуб работал подземным поставщиком-такелажником на шахте «Кировская» комбината «Донецкуголь».
С сентября 1976 по март 1977 г. - горный мастер шахты им. Скочинского ПО «Донецкуголь».
С марта 1977 до ноября 1981 г. - горный мастер шахты, помощник начальника участка, начальник смены на шахте «Коммунист» ПО «Шахтерскантрацит».
С ноября 1981 г. в марте 1983 Сергей Тулуб работал инструктором производственно-транспортного участка Харцызского горкома КПУ.
С марта 1983 до августа 1986 г. - главный инженер, директор шахты, директор шахтоуправления «Харцызский» ПО «Октябрьуголь».
С августа 1986 по август 1990 г. - первый секретарь Харцызского горкома КПУ.
С августа 1990 г. до октября 1992 г. - директор по капитальному строительству ПО «Октябрьуголь».
С октября 1992 г. до октября 1996 г. - технический директор, генеральный директор ПО «Шахтерскуголь».
С октября 1996 г. по сентябрь 1997 г. - гендиректор - председатель правления ГХК «Шахтерскантрацит».
Сентябрь 1997 - июнь 1998 г. - начальник ГУ углепрома и энергетики Донецкой облгосадминистрации, заместитель председателя ОГА по вопросам промышленности, энергетики, транспорта и связи.
В июне 1998 г. Сергей Тулуб назначается министром углепрома, откуда в декабре 1999 г. переназначается министром топлива и энергетики. Уволен в июне 2000 г.
С августа 2000 г. по ноябрь 2002 г. - заместитель секретаря Совета национальной безопасности и обороны.
С июня 2002 г. по апрель 2004 г. - президент НАЭК «Энергоатом».
С апреля 2004 г. по февраль 2005 г. Сергей Тулуб совмещает должности президента «Энергоатома» и министра топлива и энергетики в правительстве Виктора Януковича - Николая Азарова.
В марте 2006 г. избирается по списку Партии регионов в Верховную Раду V созыва.
С августа 2006 г. по сентябрь 2007 г. - министр углепрома в правительстве Виктора Януковича.
Осенью 2007 г. по списку ПР избирается в ВР VI созыва.
6 апреля 2010 г. Сергей Тулуб назначен главой Черкасской облгосадминистрации.
Награжден медалью «За трудовую доблесть», орденом «За заслуги» III степени. Полный кавалер знаков «Шахтерская слава» и «Шахтерская доблесть». Лауреат Государственной премии в области науки и техники, Герой Украины, заслуженный деятель науки и техники Украины.