Около 1330 года родители Сергия покинули Ростов и поселились в городе Радонеже (около 55 километров от Москвы). Когда старшие сыновья женились, Кирилл и Мария незадолго до смерти приняли схиму в Хотьковском монастыре Покрова Пресвятой Богородицы, неподалеку от Радонежа. Впоследствии овдовевший старший брат Стефан также принял иночество в этом монастыре.
Похоронив родителей, Варфоломей уступил женатому брату Петру свою часть наследства.
Вместе с братом Стефаном он удалился для пустынножительства в лес за несколько километров от Радонежа. Сначала братья построили келию (жилище для монашествующего), а потом небольшую церковь, освященную во Имя Пресвятой Троицы. Вскоре, не выдержав трудностей жизни в пустынном месте, Стефан оставил брата и перешел в Московский Богоявленский монастырь, где сблизился с иноком Алексием — будущим митрополитом Московским, а позже стал игуменом.
В октябре 1337 года Варфоломей принял монашеский постриг с именем святого мученика Сергия.
Известия о подвижничестве Сергия распространялись по округе, к нему начали стекаться последователи, желающие вести строгую монашескую жизнь. Постепенно образовалась обитель. Основание Троицкого монастыря (ныне Свято-Троицкая Сергиева лавра) относят к 1330-1340 годам.
Через некоторое время иноки убедили Сергея в принятие игуменства, угрожая разойтись, если он не согласится. В 1354 году после долгих отказов Сергий был рукоположен во иеромонаха и возведен в сан игумена.
С глубоким смирением Сергий сам служил братии — строил кельи, рубил дрова, молол зерно, пек хлеб, шил одежду и обувь, носил воду.
Постепенно слава его росла, в обитель стали обращаться все, начиная от крестьян и заканчивая князьями, многие селились по соседству и жертвовали ей свое имущество. Первоначально терпевшая во всем необходимом крайнюю нужду пустынь обратилась в богатый монастырь.
Троицкий монастырь был сначала "особножитным": подчиняясь одному игумену и сходясь для молитвы в один храм, монахи имели каждый свою келью, свое имущество, свою одежду и пищу. Около 1372 года к Сергию пришли послы от Константинопольского патриарха Филофея и принесли ему крест, параман (небольшой четырехугольный плат с изображением креста) и схиму (монашеское облачение) в благословение на новые подвиги и патриаршую грамоту, где патриарх советовал игумену устроить общежительный монастырь по примеру христианской общины апостольских времен. С патриаршим посланием преподобный Сергий отправился к митрополиту Московскому Алексию и получил от него совет ввести в обители строгое общежитие.
Вскоре иноки стали роптать на строгость устава, и Сергий покинул обитель. На реке Киржач он основал монастырь в честь Благовещения Пресвятой Богородицы. Порядок в прежней обители стал быстро приходить в упадок, и оставшиеся иноки обратились к митрополиту Алексию, чтобы он возвратил святого. Тогда Сергий повиновался, оставив игуменом Киржачского монастыря своего ученика Романа.
Игумен Сергий был призван митрополитом Алексием на склоне лет с просьбой принять Русскую митрополию, но по смирению отказался от первосвятительства.
Сергий Радонежский выступал и как мудрый политик, стремящийся к умирению раздоров и сплочению русских земель. В 1366 году он разрешил княжеский родовой спор за Нижний Новгород, в 1387 году выехал послом к князю Олегу Рязанскому, добившись его примирения с Москвой.
Особой славой овеяны его дела и молитвы перед Куликовской битвой (1380). У Сергия Радонежского испрашивал благословения на предстоявшее сражение великий князь Димитрий Донской. Во время битвы преподобный вместе с братией стоял на молитве и просил Бога о даровании победы русскому воинству.
Достигнув глубокой старости, Сергий Радонежский, за полгода прозрев свою кончину, призвал к себе братию и благословил на игуменство опытного в духовной жизни ученика Никона.
8 октября (25 сентября по старому стилю) 1392 года преподобный Сергий скончался.
Сергий Радонежский просил братию похоронить его вне церкви, на общем монастырском кладбище, но с разрешения митрополита его тело было положено в церкви с правой стороны. Через 30 лет, 5 июля 1422 года, совершилось открытие мощей святого в присутствии его крестного сына — князя Юрия Галицкого. Тогда же было установлено местное празднование памяти преподобного в монастыре. В 1452 году Сергий Радонежский был причислен к лику святых.
В 1463 году построена первая известная церковь во имя преподобного Сергия Радонежского на владычном дворе в Новгороде.
Помимо Свято-Троицкой Сергиевой лавры, преподобный Сергий Радонежский основал Свято-Благовещенский Киржачский монастырь, Ростовский Борисоглебский монастырь, Высоцкий монастырь, Богоявленский Старо-Голутвин монастырь и другие, а его ученики учредили до 40 обителей.
Русская православная церковь отмечает память его в день кончины, а также 18 (5 по старому стилю) июля, в день обретения мощей.
