Родился 2 октября 1954 года в Москве. После окончания восьми классов школы поступил в автодорожный техникум, продолжил обучение в Московском автомобильно-дорожном институте, но по специальности не работал[3]. Изучать экономику начал в Школе международного бизнеса МГИМО. С 1979 занимал общественные должности в ВЛКСМ:
С 1983 по 1986 год — заведующий сектором, заместитель заведующего отделом, заведующий отделом Московского городского комитета ВЛКСМ.
С 1986 по 1990 год — командир Московского городского студенческого отряда, заведующий отделом Московского городского комитета ВЛКСМ.
С 1990 по 1991 год — генеральный директор Молодёжного объединения «Московский студенческий отряд»[4].
В 1991 начал работать в созданной в этом же году Торгово-промышленной палате Российской Федерации в должности начальника Главного управления по координации Торгово промышленной палаты Российской Федерации[4], принимал активное участие в её создании и становлении[5], считается одним из создателей ТПП[6]. Был членом правления ТПП. В 1992 году стал вице-президентом торгово-промышленной палаты и занимал этот пост вплоть до 2011 года. Основными направлениями деятельности Катырина в ТПП была координация с отечественными и зарубежными бизнес-объединениями[7].
4 марта 2011 года на VI съезде ТПП подавляющим большинством голосов (433 из 437 делегатов)[8] Катырин был избран президентом Торгово-промышленной палаты, сменив ушедшего в феврале в отставку Евгения Примакова[7]. В 2014 году был избран председателем правления Делового совета ШОС[10]. С 2013 года является главой российской части Делового совета БРИКС, в ноябре 2015 году Президент РФ Владимир Путин продлил полномочия до 2018 года[11][12].
26 февраля 2021 года действующий президент Торгово-промышленной палаты (ТПП) России Сергей Катырин переизбран на этот пост ещё на пять лет. Решение об этом принято в пятницу на VIII съезде ТПП России в ходе голосования. Кандидатура Катырина встретила единогласную поддержку со стороны совета глав торгово-промышленных палат[13][14].
На президентских выборах 2018 и 2024 годов входил в число доверенных лиц Владимира Путина[1][2].
Женат, дочь Ирина и сын Илья. Увлекается зимними видами спорта (лыжи, сноуборд, хоккей)[8].
В 2015 году Катырин получил премию «Импульс добра» в номинации «За лидерство в продвижении социального предпринимательства»[17]. В частности, было отмечено создание в Торгово-промышленной палате Координационного совета по вопросам развития социального бизнеса и предпринимательства[18]. Денежный приз Катырин пожертвовал в благотворительный фонд «Центр помощи беспризорным детям»[18].
Человек года по версии РБК в номинации «некоммерческие организации».
Почётный председатель кинологического союза Республики Южная Осетия.