Sergueï Prokoudine-Gorski est né le 30 août 1863 à Founikova Gora. Selon les dires de sa famille, il aurait étudié au lycée impérial Alexandre de Saint-Pétersbourg, toutefois aucun document ne vient le prouver. Il termine l'Institut technologique de Saint-Pétersbourg, où il suit les cours de Dmitri Mendeleïev. Il poursuit ensuite ses études de chimie à Berlin et à Paris. Il collabore avec de célèbres chimistes et inventeurs dont l'Allemand Adolf Miethe. Ensemble, ils travaillent à l'élaboration de méthodes de photographies en couleur.
De retour en Russie dans les années 1890, il se marie vers 1895 avec Anna Alexandrovna Lavrova (1870—1937), fille du célèbre industriel russe A. S. Lavrov. Prokoudine-Gorski devient directeur de l'entreprise métallurgique de son beau-père. En 1898, il est nommé membre de l'Institut technique impérial russe (ITRS) en reconnaissance de ses travaux sur la photographie.