Г.С. Титов родился 11 сентября 1935 года в селе Верхнее Жилино Алтайского края. В 1953 году окончил среднюю школу в селе Налобиха.
В армии с июля 1953 года. В 1955 году окончил в городе Кустанай 9-ю военную авиационную школу первоначального обучения летчиков. В 1957 году в Новосибирске — Сталинградское военное авиационное училище. Служил в Ленинградском военном округе в строевых частях ВВС.
В 1960 — 1970 годах – в отряде космонавтов. Был дублером у первого космонавта планеты Ю.А. Гагарина.
6 — 7 августа 1961 года совершил космический полет на космическом корабле «Восток-2» продолжительностью 1 сутки 1 час, совершив 17 оборотов вокруг земли, пролетев более 700 тысяч километров. Это был первый в мире космический полет длительностью более суток.
За успешное осуществление космического полета и проявленные при этом мужество и героизм майору Титову Герману Степановичу Указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 августа 1961 года присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».
В 1968 году окончил инженерный факультет Военно-воздушной академии имени Н.Е. Жуковского, в 1972 году – Военную академию Генерального штаба.
В 1972- 1973 годах – заместитель начальника Центра по управлению космическими аппаратами военного назначения Главного управления космических средств Министерства обороны СССР, в 1973 — 1979 годах — заместитель, в 1979 — 19991 годах — первый заместитель начальника ГУКОС МО СССР по опытно-конструкторским и научно- исследовательским работам. Являлся председателем нескольких государственных комиссий по испытаниям ракетно-космических систем. С октября 19991 года генерал – полковник авиации Г.С. Титов – в запасе.
В 1992-1993 годах – президент Международного научно-технического центра по космонавтике и электронике «Космофлот» , в 1993 — 1995 годах — заместитель председателя совета Российского центра конверсии аэрокосмического комплекса. С 1999 года — президент Федерации космонавтики РФ.
Депутат Верховного Совета СССР в 1962 — 1970 годах, депутат Государственной Думы РФ в 1995 — 2000 годах.
Награжден 2 орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени», «За заслуги перед Отечеством» 3-й степени. Лауреат Ленинской премии.
Заслуженный мастер спорта СССР, летчик- космонавт ССССР, Герой Социалистического Труда.
Почетный гражданин городов Барнаул, Калуга, Красный Кут Саратовской области, Курск, Магадан, Сватово, Севастополь, Карши (Узбекистан), Юрмала (Латвия), Варна (Болгария), Афины (Греция).
Звание Почетный гражданин города Магадана Г.С. Титову за выдающиеся заслуги в освоении космического пространства и в связи с пребыванием в городе Магадана присвоено 9 июля 1979 года.
Умер в Москве 20 сентября 2000 года.