Подводная лодка заложена 5 октября 1937 года на стапеле завода № 198 (им. Марти) в Николаеве под строительным номером 348. 27 апреля 1939 года она спущена на воду, 19 июня 1940 года вступила в строй и 25 июня вошла в состав Черноморского флота.

    22 июня 1941 года «С-32» встретила под командованием капитан-лейтенанта (затем капитана 3 ранга) Павленко Стефана Климентьевича в составе 2-го дивизиона 1-й бригады ПЛ ЧФ находясь на гарантийном ремонте в Севастополе.

    После вступления в строй корабль был направлен на дозорную позицию № 2 юго-западнее мыса Сарыч, где встреч с кораблями противника не было. Во втором походе подводная лодка патрулировала район мыса Эмине (позиция № 13). В ночь на 28 августа субмарина высадила на территорию противника, в районе устья реки Камчия группу болгарских коммунистов из 9 человек. В ночь на 6 сентября «С-32» обнаружила конвой противника в составе итальянских танкеров «Тампико» и «Суперга». Командир решил произвести атаку в надводном положении, но старшина 1 статьи Резников, несший вахту в центральном посту, неправильно понял команду и открыл кингстоны цистерн главного балласта. Лодка начала погружаться. В последний момент командир подводной лодки успел прыгнуть вниз и задраить за собой люк. На мостике остались четыре человека верхней вахты – вахтенный командир лейтенант Т.Ф. Сливко, старшина 2 статьи Ф.С. Светленко, старшина 2 статьи И.И. Вайнер и краснофлотец П.К. Горбачев. Через полторы минуты субмарина всплыла, но людей найти не удалось. Они погибли.

    Третий боевой поход подводной лодки в октябре 1941 года прошел у мыса Эмине (позиция № 22). 16 октября «С-32» обнаружила ставящие мины румынские минзаги «Адмирал Мурджеску» («Amiral Murgesku») и «Дачия» («Dacia») в охранении эсминцев «Марашешти» («Marasesti») и «Реджеле Фердинанд» («Regele Ferdinand I») но выйти в атаку не удалось из-за слишком большой дистанции до цели. (Вероятно, на этих минах заграждения «S-18» 11-13 ноября 1941 года погибла «С-34»).

    В ноябре «С-32» привлекают к артобстрелам береговых целей. Вечером 19 ноября подводная лодка обстреляла Ялту, выпустив по городу 113 100-мм снарядов, 350 12,7-мм и 250 7,62-патронов.

    После проведения текущего ремонта и докования «С-32» в марте 1942 года лодка сделала ещё один безрезультатный поход к мысу Куру-бурну (позиция № 37), а с конца мая она была привлечена к снабжению осажденного Севастополя, сделав туда семь рейсов. Подводная лодка доставила к крымским берегам 320 тонн боеприпасов, 80 тонн продовольствия и 80 тонн бензина. На Кавказ было эвакуировано 140 человек.

    В свой последний поход «С-32» вышла утром 26 июня 1942 года с грузом 40 тонн боеприпасов (300 120-мм минометных мин, 6000 82-мм минометных мин, 24 152-мм артиллерийских снаряда обр. 1931 г. и 32 тонны авиационного бензина) для защитников Севастополя, но туда так и не прибыла.

    Вероятно, вечером (18.50 мск) 26 июня «С-32» стала жертвой немецкого самолета «He-111» из состава 2KG/100 (бортовой 6N+DL) в точке 44°12' с.ш./33°48' в.д., а груз субмарины способствовал ее мгновенной гибели. В пользу этой версии гибели субмарины говорит то, что находившаяся в это время неподалеку «Щ-212» слышала взрыв большой силы. Есть данные, что корпус подводной лодки найден на дне юго-западнее Ялты. Принимая во внимание причину гибели корабля и глубину моря в данном районе, данная информация вызывает большие сомнения.

    Встречающаяся во многих источниках версия гибели «С-32» в результате атаки итальянской сверхмалой подводной лодки «CB-3» (командир капитан-лейтенант А.Руссо) 26 или даже 15 июня не соответствует действительности. 26 июня «CB-3» находилась в Констанце, а патрулировавшая в этот день у мыса Сарыч «CB-4» не атаковала.

    На борту «С-32» в момент её гибели было 48 человек.