Заложена 20 декабря 1933 года на заводе № 194 (им. Марти) в Ленинграде под строительным номером 214. В 1934 году подводная лодка секциями перевезена по железной дороге на Дальний Восток, где на заводе № 202 (Дальзавод) во Владивостоке производилась её сборка. 26 августа 1934 года «Щ-121» спущена на воду и 30 апреля 1935 года вошла в состав Тихоокеанского флота. Первым командиром корабля стал Виноградов Николай Игнатьевич.

    9 августа 1945 года «Щ-121» встретила под командованием капитан-лейтенанта Яйло Андрея Георгиевича в составе 11-го дивизиона 4-й бригады ПЛ ТОФ в Находке. В боевых действиях субмарина не участвовала.

    10 июня 1949 года подводная лодка получила обозначение «С-121». 26 июня 1954 года субмарина разоружена и исключена из состава ВМФ СССР в связи со сдачей на слом.