Сведения об отце будущего ученого весьма скудны. Известно, что Павел Яковлевич в 1905 году окончил словесное отделение Нежинского историко-филологического института. Этот институт был в свое время преобразован из лицея, основанного в 1820 году. Здесь с 1821 по 1828 год учился Н. В. Гоголь.

П. Я. Королев числился в институте казенно-коштным студентом - проходил курс наук, получал жилье, питание и обмундирование. По окончании института он обязан был служить по Министерству народного просвещения, где с него должны были удержать все расходы на обучение. Так П. Я. Королев оказался учителем словесности мужской гимназии в Житомире.

В год окончания института Павел Яковлевич женился на Марии Николаевне Москаленко, происходившей из древнего рода нежинских казаков. Их совместная жизнь сложилась неудачно и даже рождение сына не укрепило семьи. Сереже исполнилось два года, когда его родители разошлись. Ребенок остался с матерью. Отца он, естественно, не помнил, а позже никогда не видел.

Мать отвезла сына к деду и бабушке в Нежин. Там и прошли годы детства Сережи. Сама Мария Николаевна уехала в Киев, где поступила на высшие женские курсы, готовившие учителей французского языка.

Мария Николаевна часто приезжала к сыну в Нежин. Дни встречи с матерью были праздниками для Сережи. Проводив ее, он скучал, в своих по-детски непосредственных письмах просил писать чаще. "Я когда дней десять не получаю письма, уже начинаю скучать и беспокоиться", - признается он в письме 3 декабря 1915 года.

Впоследствии, как вспоминает родственник Королева А. Н. Лазаренко. Сергей Павлович говорил: "Детства у меня не было". Это, по-видимому, надо понимать так: все годы пребывания в Нежине - почти до восьми лет - он находился среди взрослых, был лишен игр и забав со своими сверстниками.

Первая его учительница Л. М. Гринфельд вспоминает: "Сережа жил в окружении взрослых. Знакомых детей-сверстников у него не было, он не знал детских игр с ребятами. Он часто бывал совершенно один в доме и, когда я приходила из гимназии, кричал: "Это вы, Лидия Маврикиевна? Я рад, что вы пришли"...

Ему не позволяли бегать по улице, калитка всегда была на запоре. Он подолгу сидел на крыше высокого погреба и наблюдал за тем, что делалось на улице...

В его комнате была целая гора кубиков и различных дощечек. Он часами строил домики, мосты, башни.

Когда Сереже исполнилось семь лет, Мария Николаевна попросила меня заниматься с ним. Он охотно принялся за учебу, был внимателен, прилежен, способен. Особенно любил арифметику, счет уже знал до миллиона. Он быстро овладел четырьмя действиями, сначала в пределах ста, а затем тысячи, и таблицей умножения.

Занимались мы и русским языком. Он скоро овладел навыками письма, читал уже довольно бегло, писал короткие звуковые диктанты. Очень любил чтение и охотно пересказывал прочитанное. Легко запоминал стихотворения. Помню, он любил басни "Кукушка и петух" и "Ворона и лисица", декламировал их с большим выражением. После первого чтения засыпал меня вопросами: "Что значит куманек?", "Что такое вещуньина?" и т. д.".

Детство, проведенное среди взрослых, привычка к одиночеству способствовали некоторой его замкнутости и в известной мере ранней самостоятельности. Он сам научился писать печатными буквами и увлекся чтением книг.

Влиянием взрослых можно объяснить и широту интересов, которые будут потом свойственны Королеву. Он любил музыку, хорошо знал литературу и историю. В доме Москаленко бывали многие образованные и талантливые люди, часто музицировали, причем сама бабушка превосходно играла на скрипке.

По свидетельству А. Н. Лазаренко, бабушка Мария Матвеевна была незаурядным человеком. Правда, она училась всего несколько лет в каком-то частном пансионе, но была передовой для своего времени женщиной, много ездила по России. В противоположность своему флегматичному мужу Николаю Яковлевичу она проявляла недюжинную волю и энергию. Сама вела хозяйство, занималась воспитанием детей. Именно благодаря ее настойчивости все они получили высшее образование, хотя в то время это было делом нелегким.

Люди, близко знавшие семью Москаленко, утверждают, что некоторые качества Сережа унаследовал от бабушки. И, несомненно, энергичная, много видевшая и умевшая ярко рассказывать бабушка сильно влияла на маленького Сережу.

Особенно близок Сереже был дядя Василий Николаевич Москаленко - тогда студент Нежинского историко-филологического института. По воспоминаниям А. Н. Москаленко, дядя Вася веселый, жизнерадостный, проводил с Сережей свое свободное время, много ему рассказывал, катал на велосипеде, играл с ним в крокет, сажал его рядом с собой при проявлении и печатании фотографий. На одной из фотографий 1911 года пятилетний Сережа написал печатными буквами: "Дорогому дяде Васюне от Сережи, 1912". Это - очевидное выражение детской привязанности.