Sergio Villalobos nació en la ciudad de Angol el 19 de abril de 1930. Inició su vida académica en 1950 al ingresar al Instituto Pedagógico de la Universidad de Chile. Inmediatamente, al año siguiente, se convertiría en ayudante de la cátedra de Historia de Chile, impartida por Guillermo Feliú Cruz. En 1956 obtuvo el título de profesor de Estado en las asignaturas de Historia, Geografía y Educación Cívica, permaneciendo ligado a la Universidad de Chile como docente de la Escuela de Periodismo, en la sede Valparaíso de esa casa de estudios.

En 1968 asumió como profesor titular de la cátedra de Feliú Cruz, impartiendo hasta hoy la docencia en el Departamento de Ciencias Históricas de la Universidad de Chile. Simultáneamente, en 1970, se integró al Instituto de Historia de la Pontificia Universidad Católica de Chile, permaneciendo hasta el 2003, año en que fue distinguido como Profesor Emérito. En la actualidad es también académico titular de la Universidad Andrés Bello.

Villalobos también ejerció docencia e investigación en el Instituto Panamericano de Geografía e Historia y en las universidades de California, Los Angeles (UCLA), de Londres y Cambridge, institución que en 1971 le otorgaría el grado de Master in Arts. También ha cumplido importantes funciones públicas, destacando su rol como director de Bibliotecas, Archivos y Museos, y la dirección de la Biblioteca Nacional entre 1990 y 1992. Desde dicho cargo reimpulsó la revista Mapocho y el Centro de Investigaciones Barros Arana, entidad que, junto a su prestigioso sello editorial, se ha transformado en un reconocido espacio de proyección para jóvenes generaciones de historiadores.

La prolífica carrera de Sergio Villalobos ha destacado tanto por la calidad de sus estudios, como por el número y diversidad de temáticas abordadas. Desde su primera publicación Medina y sus obras (1852-1830), hasta el recientemente publicado tomo IV de La Historia de los Chilenos, Villalobos ha producido cuarenta libros y un centenar de artículos. Es también un gran polemista: la publicación en 1968 de El comercio y la crisis colonial: un mito de la Independencia, llevó consigo un muy interesante debate con Hernán Ramírez Necochea y su obra Antecedentes económicos de la Independencia de Chile. Igual de atractiva fue la polémica con Mario Góngora del Campo y su Ensayo histórico sobre la noción de Estado en Chile en los siglos XIX y XX y la más reciente con José Miguel Barros sobre diversos aspectos de la Guerra del Pacífico.

Los estudios de Villalobos trascienden por desafiar los dogmas establecidos en la historiografía nacional. Además de sus conocidas obras de historia económica, en Tradición y reforma en 1810 (1961), descubre una sociedad chilena impensadamente monárquica y reacia a transformaciones políticas. Asimismo, en Portales. Una falsificación histórica (1989), Villalobos relee su conocido epistolario para elaborar una imagen más humana y falible del ministro. Su crítica postura en torno a la etapa previa de la Pacificación de la Araucanía y las creencias ligadas al conflicto permanente en la zona, fueron desafiadas en Los pehuenches en la vida fronteriza y Vida fronteriza en la Araucanía: el mito de la Guerra de Arauco. Más recientemente, con Chile y Perú. La historia que nos une y nos separa 1535-1883 (2000) , con su particular visión de la historia del país vecino y sus relaciones con el nuestro, desató un intenso debate en círculos historiográficos peruanos.

Villalobos se ha transformando un referente de la historiografía chilena contemporánea. Su vasta trayectoria fue reconocida en 1992 al obtener el Premio Nacional de Historia.

En los últimos años, Sergio Villalobos ha sido duramente criticado por intelectuales mapuche tanto por su visión eurocentrista y tradicional de los pueblos indígenas, como por el análisis que propone del proceso de colonización y ocupación de la Araucanía. Su postura epistemológica, para muchos de sus detractores, supone juicios racistas y obsoletos al considerar los pueblos indígenas como entidades inmutables y derrotadas.