Предки Сергия жили в Ростовской земле. Его отец (Кирилл) происходил из местной знати («един от нарочитых боляр») и имел трёх сыновей: старший – Степан, средний – Варфоломей (в монашестве – Сергий) и младший – Пётр. Относительно даты рождения Варфоломея автор пишет так: «Хочу также сказать о времени и годе, когда преподобный родился: в годы правления благочестивого, славного и державного царя Андроника, самодержца греческого, который царствовал в Царьграде, при архиепископе Константинополя Каллисте, патриархе вселенском; родился он в земле Русской, в годы княжения великого князя Тверского Дмитрия Михайловича, при архиепископе Петре, митрополите всея Руси, когда приходило войско Ахмыла».
Анализ этих словес позволяет определить дату рождения в пределах: 1-31 мая 1314.-1322 г.
В возрасте семи лет Варфоломей начал обучаться грамоте, но, в отличие от своих братьев, учился как-то «медленно и неприлежно». Зато имел склонность ко всякому рукоделию. Феномен его «озарения» Епифаний описывает так: «…он увидел некого черноризца, старца святого, удивительного и неизвестного, саном пресвитера, благообразного и подобного ангелу, на поле под дубом стоящего и прилежно со слезами молящегося…». Варфоломей пожаловался ему о своих проблемах в учении и попросил его помолиться Богу. После усердной молитвы старец подал мальчику кусок святой просфоры, который Варфоломей съел, получив от старца предсказание, что с этого дня он будет знать грамоту лучше своих братьев, которое вскоре и подтвердилось. Этот сюжет лёг в основу знаменитой картины Нестерова «Видение отроку Варфоломею».
Автор «Жития» повествует, что некогда имение Кирилла «кипело богатством», но затем «обнища и оскуде». Его разорили «хоженья» в Орду в свите Ростовского князя, наезды ханских послов за данью и набеги татар. Эти беды усугублялись русскими междоусобицами. Историческая необходимость объединения была сопряжена с насилием и крушением привычного уклада жизни. Оспаривая власть, князья призывали на помощь татар. Так с помощью Орды Иван Калита разгромил Тверь и получил от хана ярлык на Великое княжество Владимирское, а вместе с ним и Сретенскую половину Ростовского княжества. Люди, бежавшие из Ростова, до конца своих дней не могли забыть о насилиях со стороны московских воевод: «Увы, увы, тогда граду Ростову, паче же и князьям их, яко отъяся от них власть и княжение, и имение, и честь, и славы, и вся прочая потягну к Москве». Описывая бедствия семьи Кирилла, автор «Жития» указывает на тяжесть татарского «выхода» (дани) и голод: «Того же лета (1332) бысть меженина велика в земле Русской, дороговь, глад хлебный и скудость всякого жита». Многие ростовские бояре (кто по желание, кто по нужде) отправлялись в московские пределы на службу к Ивану Калите. Боярин Кирилл с семьёй уехал в Радонеж. Незадолго до смерти Кирилл и его жена постриглись в Покровском монастыре недалеко от Радонежа, и туда же удалился их первенец Степан, принявший в монашестве имя Стефан. По «Житию», именно Варфоломей увлёк брата идеей пустынножительства (хотя Стефан первым овладел книжной премудростью и первым принял монашество). Они отправились в лес, отыскали пригорок Маковец подле глубокого оврага. Неподалёку из-под берега маленькой речки пробивался ключ. На этом месте братья построили себе «хизину», расчистили лес, построили келью и срубили церквушку. Затем по их просьбе приехавшие из Москвы попы освятили церковь, получившую наименование Троицы. Следует отметить, что посвящение храма Троице было редким явлением на Руси. Оно восходило к традициям Киево-Печерского монастыря. Брат Стефан недолго прожил «в пустыне» и ушёл в Москву, поселился в Богоявленском монастыре, где познакомился с будущим митрополитом Алексеем и, по легенде, даже стал духовником московского князя Симеона Гордого.
Оставшись в полном одиночестве, Варфоломей призвал игумена Митрофана и принял от него постриг под именем Сергия (в возрасте 20–23 лет). Чтобы усмирить юную плоть, он предавался посту, обрекал себя на жажду, «стояние без отдыха», «слёзы тёплые», «вздохи сердечные» и т. д. Через некоторое время к нему подселились монах Василий Сухой и монах Якут. Когда в Троице собралось 12 монахов, посёлок был обнесён оградой, и у ворот поставлен привратник (вратарь). Какое-то время братия нанимала попа, игумена Митрофана, а затем направила Сергия на «поставление» в Переяславль. В это время в Москве свирепствовала занесенная из Европы чума, от которой вскоре умер князь Симеон Гордый. Перед смертью он оставил завещание «перед владыкою володимерским Олексеем (тот сразу отправился в Константинополь за утверждением на митрополию) и владыкою переяславским Офонасеем» (который будет исполнять обязанности митрополита два года). Именно от Афанасия Сергий принял сан игумена в 1353–1355 г. (ему было тогда около 30 лет).