1. Pilot in konstruktor
Koroljov je bil čudežni deček. Svoje prve uspešne projekte je izpeljal še kot mladostnik. Pri 17 letih je predstavil projekt letala brez motorja, kasneje na fakulteti pa je projektiral prvo jadralno letalo v Sovjetski zvezi za akrobatsko letenje. Koroljov je končal tečaj za pilota, vendar zaradi bolezni sam ni mogel izvajati zahtevnih akrobacij.
2. Ciolkovski in raketna tehnika
Dovolj je bilo le eno srečanje z avtorjem teoretične kozmonavtike Konstantinom Ciolkovskim v njegovi hiši v Kalugi, da se je začel Koroljov zanimati za reaktivno gibanje. V 30. letih je skupaj s somišljeniki osnoval Skupino za preučevanje reaktivnega gibanja, ki je nato prerasla v Reaktivni znanstvenoraziskovalni inštitut.
Do leta 1938 so pod vodstvom Sergeja Koroljova izdelali prve sovjetske balistične rakete na tekoče gorivo in manevrirne rakete (protizračne in velikega dometa), projekte strateških in letalskih raket ter protizračnih raket na trdo gorivo. Koroljova so 27. junija 1938 obtožili sabotaže in ga aretirali.
3. Bombniki v zaporskih projektantskih birojih
Koroljova so obsodili na 10 let zapora in ga napotili v kazensko-popravno taborišče v Kolimi in v Vladivostoku, vendar so ga leta 1940 ponovno privedli pred sodišče, kjer so mu prisodili le 8 let zapora. Preživel jih je v Moskvi, v posebnem zaporu Narodnega komisariata za notranje zadeve CKB-29. Tam se je pridružil skupini na čelu s 4 glavnimi konstruktorji, ki so bili prav tako obsojeni. Med njimi je bil tudi Andrej Tupoljev, znani konstruktor letal in nekdanji znanstveni vodja Baumanskega učilišča. Ravno v zaporu CKB-29 je nastal po tehničnih lastnostih najboljši sovjetski bombnik Tu-2 in bombnik Pe-2. Koroljova so leta 1942 premestili v Kazan, kjer je nadaljeval z delom na raketnih motorjih.
4. Balistične rakete
Po dveh letih so Koroljova na osebni Stalinov ukaz spustili na svobodo. Leta 1946 so ga imenovali za glavnega konstruktorja Posebnega konstruktorskega biroja 1 v podmoskovskem mestu Kaliningradu (ta se sedaj imenuje Koroljov - ne smemo ga zamenjevati s Kaliningradom v Kaliningrajski regiji,op. prev.). Glavna nalogabiroja je bila izdelati ekvivalent nemški raketi Fau-2, vsi načrti pa so bili izgubljeni in je bilo potrebno vse ponovno preračunati.
Raketo R-1 so prvič testirali leta 1948, vendar je Koroljov istočasno delal na več generacijah raket. Delo na raketi R-5 je bilo končano 1954. To je bila prva balistična raketa z jedrsko bojno glavo, dve leti kasneje pa je bila v konstruktorskem biroju Koroljova izdelana prva medcelinska dvostopenjska balistična raketa R-7, ki je lahko jedrsko bojno konico prenesla na katero koli točno na planetu. Ta raketa je odprla perspektive osvajanja vesolja. Postala je namreč osnova za vse nosilne rakete, ki danes obstajajo.
5. Prvi satelit
Še pred testiranjem rakete R-7 je skupina konstruktorjev iz biroja Koroljova predlagala, da bi v orbito poslali umetni satelit Zemlje. Oblasti so ta predlog odobrile. Na osnovi bojne rakete si je Koroljov zamislil sistem tristopenjskih in štiristopenjskih nosilnih raket. Prvi umetni satelit z imenom Sputnik-1 je bil poslan v orbito 4. oktobra 1957. Dve leti kasneje je sonda Luna-2 postala prvi človeško narejeni objekt, ki je letel od Zemlje do Lune in na njeno površino odnesel zastavo ZSSR.
6. Prvi vesoljski poleti
Koroljov je imel neizčrpno energijo. V času prve polovice 60. letih so pod njegovim vodstvom naredili velike korake v osvajanju vesolja. Jurij Gagarin je postal prvi človek, ki je letel v vesolje. To je bilo 12. aprila 1961, že v naslednjem letu sta skupaj poleteli vesoljski ladji Vostok-3 in Vostok-4, leta 1963 pa je v vesolje poletela tudi prva ženska, Valentina Tereškova. Nova ladja Voshod je poletela leta 1964 in to je bila prva vesoljska ladja s tričlansko posadko. Nazadnje pa je Aleksej Leonov 18. marca 1965 prvi stopil v odprto vesolje.
7. Projekti orbitalne postaje in izkrcanje na Luno
Morda bi v drugačnih okoliščinah Aleksej Leonov postal prvi sovjetski kozmonavt, ki bi se izkrcal na Luni. Takšna je bila njegova vloga v programu pilotiranega leta na Luno, vendar je ta projekt tekel zelo počasi, ker ni bilo enotnega vodstva. Koroljov je umrl leta 1966, Brežnjev pa je nekaj let kasneje ta program ukinil.
V zadnjih letih življenja je Koroljov razmišljal tudi o ustvarjanju orbitalne postaje, v kateri bi lahko kozmonavti živeli in delali brez skafandra. Novi korak na tej poti je pomenilo konstruiranje ladje Sojuz, v kateri je bila predvideva tudi kabina za vsakodnevno življenje. Na žalost Koroljov ni doživel prve izstrelitve te vesoljske ladje leta 1967.