Su padre fue el comunista italiano Ruggero Grieco.

Comenzó a trabajar en el cine en la Unión Soviética en 1931, como asistente de Nikolai Ekk en la primera película sonora soviética, El camino de la vida.^[2]​ Comenzó su carrera cinematográfica italiana como supervisor de guion en 1939, y ascendió a asistente de dirección al año siguiente. En 1949 trabajó como asistente de René Clément en su película Demasiado tarde (1949).

Su debut como director fue Il sentiero dell'odio (1950), iniciando una prolífica carrera en una variedad de géneros. Conoció a su esposa Teresa Terrone (rebautizada como Susan Terry por su agente), quien apareció en varias de sus películas, comenzando con Lo spadaccino misterioso en 1955.^[3]​

Dirigió cerca de 40 películas entre 1950 y 1977, escribiendo a menudo también sus propios guiones. Es más conocido por sus películas de aventuras, capa y espada, péplum y Eurospy con Ken Clark, incluida la serie de películas de imitación de James Bond sobre el «Agente Secreto 077», que dirigió bajo el seudónimo de «Terence Hathaway» Su última película fue La belva col mitra (1977). También coescribió el guion de Aquel maldito tren blindado (1978).

Su sobrino es David Grieco, quien ha trabajado como escritor, productor y director.

• Sergio Grieco en Internet Movie Database (en inglés).