Ο Σεργκέι Αϊζενστάιν γεννήθηκε στη Ρίγα της Λετονίας, στις 22 Ιανουαρίου 1898, από ευκατάστατους γονείς, που του εξασφάλισαν μια καλή μόρφωση. Ο πατέρας του, Μιχαήλ Αϊζενστάιν, ήταν αρχιτέκτονας βαλτικής, γερμανικής, εβραϊκής και σουηδικής καταγωγής ενώ η μητέρα του, Γιούλια, ήταν Ρωσίδα και μέλος της ρωσικής ορθόδοξης εκκλησίας. Ως παιδί ακόμα μιλούσε 3 ξένες γλώσσες (αγγλικά, γερμανικά και γαλλικά), ενώ αργότερα παρακολούθησε μαθήματα μηχανικής και αρχιτεκτονικής. Την ίδια εποχή έδειξε ζωηρό ενδιαφέρον για τη ζωγραφική φιλοτεχνώντας αφίσες. Σύντομα ανακάλυψε το θέατρο και ανέβασε στη Μόσχα πολλά θεατρικά έργα.
Το 1924 ξεκίνησε την καριέρα του στον κινηματογράφο σκηνοθετώντας το έργο Απεργία που έκανε πολύ μεγάλη εντύπωση. Ήταν η πρώτη φορά στην ιστορία του κινηματογράφου που το μοντάζ έπαυε να χρησιμοποιείται απλώς για τη συγκόλληση των επιμέρους πλάνων αλλά ανυψωνόταν σε αυτόνομο εκφραστικό μέσο. Πρόκειται για την ιστορία μιας απεργίας που καταπνίγηκε ανελέητα από την εργοδοσία. Η σκηνή της σφαγής των απεργών, που είχε γυριστεί χρησιμοποιώντας γενικά πλάνα, στη συνέχεια μονταρίστηκε με κοντινά πλάνα γυρισμένα σε ένα σφαγείο.
Το 1925 σκηνοθέτησε το αριστούργημά του, το Θωρηκτό Ποτέμκιν, σε δικό του σενάριο βασισμένο στα γεγονότα της ανταρσίας στο θωρηκτό Ποτέμκιν του ρωσικού ναυτικού το 1905. Γυρίστηκε μέσα σε λίγες μόνο βδομάδες στην πόλη και το λιμάνι της Οδησσού. Με αυτή την ταινία, στα 27 του χρόνια καθιερώθηκε ως μια από τις σημαντικότερες φυσιογνωμίες που πέρασαν από τον κινηματογραφικό χώρο. Η ταινία, θεωρείται μια από τις δέκα καλύτερες στην ιστορία του κινηματογράφου
Το 1928 σκηνοθέτησε, σε δικό του σενάριο βασισμένο στο βιβλίο του Τζον Ριντ, το φιλμ Οκτώβρης ή Δέκα μέρες που συγκλόνισαν τον κόσμο και το 1929 ολοκλήρωσε τη Γενική Γραμμή, το πιο λυρικό απ’ όλα τα έργα του, που αναφέρεται με λεπτομέρειες στις αλλαγές της αγροτικής κατάστασης στη Ρωσία, μετά από την Επανάσταση του Οκτώβρη.
Αφού ταξίδεψε για ένα διάστημα στην Ευρώπη ο Σεργκέι Αϊζενστάιν έφτασε μέχρι το Χόλυγουντ, με την Paramount Pictures να του προσφέρει πλουσιοπάροχο συμβόλαιο 100.000 δολαρίων απορρίπτοντας όμως στη συνέχεια τα έργα που πρότεινε.
Επέστρεψε ξανά στη Σοβιετική Ένωση και το 1938 σκηνοθέτησε τον Αλέξανδρο Νιέφσκι και Το λιβάδι του Μπεζίν που έμεινε ημιτελές εξαιτίας της ασθένειάς του. Για τον Αλέξανδρο Νιέφσκι τιμήθηκε με το μετάλλιο του Τάγματος του Λένιν και το βραβείο Στάλιν.
Το 1945 σκηνοθέτησε το πρώτο μέρος της τριλογίας Ιβάν ο Τρομερός, βιογραφία του Ιβάν τον οποίο θαύμαζε ο Στάλιν, ενώ το 1946 ολοκλήρωσε το δεύτερο μέρος της. Η πρεμιέρα του δεύτερου μέρους στη Σοβιετική Ένωση έγινε το 1958, δέκα χρόνια μετά το θάνατό του. Το τρίτο μέρος της τριλογίας δε γυρίστηκε ποτέ καθώς στις 11 Φεβρουαρίου του 1948 ο Αϊζενστάιν πέθανε από καρδιακή προσβολή σε ηλικία πενήντα χρόνων.
