В миру - Тихомиров Георгий Алексеевич, родился 3 июня 1871 года в селе Гузи, Новгородского уезда, Новгородской губернии, в семье протоиерея Алексея Тихомирова (†1927), настоятеля сельской церкви, и матушки Александры (†1916). Был вторым сыном в семье из семи детей.
В 1892 году выпустился из Новгородской духовной семинарии и поступил в Санкт-Петербургскую духовную академию.
В 1895 году был пострижен в монашество с именем в честь преподобного Сергия Радонежского и рукоположен во иеромонаха. В 1896 году окончил академию со степенью кандидата богословия.
Вскоре по окончании академии был назначен инспектором Санкт-Петербургской духовной семинарии, а в 1899 году – возведён в сан архимандрита и определён быть её ректором.
В 1905 году был удостоен степени магистра богословия и назначен ректором Санкт-Петербургской духовной академии. 6 ноября того же года в Александро-Невской Лавре состоялась его хиротония во епископа Ямбургского, викария Санкт-Петербургской епархии.
21 марта 1908 года владыка был назначен епископом Киотским, викарием Токийской кафедры, и прибыл в Токио в июне 1908 года.
Владыка Сергий выразил перед святителем Николаем (Касаткиным) свою решимость отдать себя служению Миссии. Епископ имел способность к языкам – он уже владел греческим, латинским, древнееврейским, английским, французским и немецким, – и быстро освоил японский во время ознакомительных поездок по Японии.
Поездки епископа Сергия на Южный Сахалин, аннексированный Японией после поражения России в Русско-Японской войне 1904-1905 года, сыграли важную роль в возвращении православных храмов местным верующим. Японские войска конфисковали многие храмы и использовали их как административные или хозяйственные здания, но во время трех посещений Южного Сахалина между 1909 и 1911 годами владыка Сергий смог добиться возвращения храмов верующим и бесплатной аренды церковной земли. Сообщения владыки часто публиковались в русской церковной периодике тех лет.
В качестве представителя Японской миссии принял участие в Общесибирском миссионерском съезде который проходил в Иркутске с 24 июля по 5 августа 1910 года, после чего провел четыре месяца в поездках по России.
По преставлении святителя Николая, апостола Японии, 3 февраля 1912 года, епископ Сергий принял на себя руководство Миссией – с 19 мая 1912 он становится епископом Токийским и Японским. Его деятельность была направлена в первую очередь на административную организацию Миссии и повышение богословской и философской эрудиции среди японских священнослужителей – по его инициативе в 1913 начинается публикация богословского журнала «Сэйкёо Ситёо» («Направление православной мысли»).
После того как Японская Миссия потеряла финансовую поддержку из России вследствие революционных событий 1917 года, епископ Сергий неоднократно предпринимал поездки в Приморье (до поражения белых сил) и по местам расселения русской эмиграции на Дальнем Востоке для сбора средств на поддержание Миссии.
1 мая 1921 года, ко дню Святой Пасхи, возведен Московской Патриархией в сан архиепископа.
В сентябре 1922 года владыка Сергий принимал участие в архиерейском совещании прошедшем в Никольске-Уссурийском, на котором было решено провести Дальневосточный Поместный Церковный Собор, а на нем - создать Временное Высшее Церковное Управление Дальнего Востока. Однако, под ударами большевиков войска Приамурского Земского правительства были разгромлены и Дальневосточный Собор не мог состояться. Владыка Сергий помог многим русским беженцам, включая духовенство, обеспечив им на время приют в Японии - так, епископ Владивостокский Михаил (Богданов) жил при Токийском Воскресенском соборе; епископ Камчатский Нестор (Анисимов) жил в городе Цуруга, где основал Никольскую церковь; о. Павел (Введенский) был хиротонисан во епископа в Токийском Воскресенском соборе.
В 1921 году в ведение владыки Сергия также перешла Русская духовная миссия в Корее.
После того как Великое Кантоское землетрясение 1 сентября 1923 года и последовавшие за ним пожары сильно повредили Токийский Воскресенский собор и уничтожили большую часть зданий Миссийской штаб-квартиры, владыка Сергий предпринял множество поездок по Японии и Дальнему Востоку усердно взывая к помощи и вдохновляя верующих на жертвенное служение церкви. Между 1925 и 1928 годом архиепископ издавал православный журнал «Акэбоно» («Заря») на свои собственные средства. В результате его трудов молодая Японская Церковь смогла восстановить Токийский собор уже в 1929 году.
Владыка Сергий был одним из немногих русских иерархов за рубежом подписавших "Декларацию" заместителя патриаршего местоблюстителя митрополита Сергия (Страгородского) от 1927 года. В то время как остальные русские архипастыри на Дальнем Востоке вошли в юрисдикцию Русской Православной Церкви Зарубежом, владыка Сергий Японский на протяжении всей своей жизни оставался приверженцем Московской Патриархии.
2 апреля 1931 года, ко дню Святой Пасхи, возведен Московской Патриархией в сан митрополита.
Нарастающий милитаризм и национализм в Японии привел к притеснениям иностранцев со стороны японского государства. Под давлением специальной полиции иностранцы вытеснялись с постов глав всех христианских деноминаций в Японии - такая участь постигла и Православную Церковь. 4 сентября 1940 года митрополит Сергий был вынужден уйти на покой, передав временное управление делами Церкви мирянину Арсению Ивасава, пользовавшемуся доверием военных кругов Японии.
Митрополит был выселен из резиденции при Токийском соборе и поселился в маленькой квартире в пригороде Токио, где продолжал совершать службы для горстки русских и японских верующих. Некоторые японцы и секретарь посольства Болгарии оказывали помощь иерарху в тяжелые годы военных лишений. В мае 1945 года японцы арестовали его по подозрению в шпионаже в пользу СССР. К нему применялись пытки. Когда 74-летний владыка через 40 дней был отпущен на свободу, его здоровье было окончательно подорвано.
Вскоре, 10 августа 1945 года, он умер в своей однокомнатной квартире в районе Итабаси, в пригороде Токио. Отпевание состоялось в Токийском Воскресенском соборе, который оставался единственным сохранившимся после бомбежек зданием во всем квартале. Приснопамятный владыка покоится на кладбище Янака в Токио, рядом с могилой равноапостольного Николая Японского, своего великого предшественника и наставника.
