Он был шестым ребёнком в семье великой княгини Марии Николаевны и герцога Максимилиана Лейхтенбергского, внуком императора Николая I и правнуком Жозефины Богарне (первой жены Наполеона I). С рождения числился в лейб-гвардии Преображенском полку. Получал домашнее образование под руководством Владимира Николаевича Зубова, старшего адъютанта Генерального штаба. После завершения образования должен был начать службу в Министерстве иностранных дел, но выбрал военную карьеру, характерную для Романовых. Служил в лейб-гвардии Конном полку. Полк не участвовал в военных действиях, но Сергей Максимилианович добился отправки на фронт. В начале Русско-турецкой войны (1877-1878) князь Романовский отправился на передовую и участвовал в боях за освобождение Болгарии. Состоял при цесаревиче Александре Александровиче. За взятие Тырнова в 1877 году произведён в генерал-майоры. 12 октября 1877 года во время разведки в Рущукском отряде под местечком Йован-Чифтлик (ныне село Иваново в Болгарии), Сергей Максимилианович был убит пулевым ранением в голову.