Родился в 1906 году в селе Кундравы Оренбургской губернии Российской империи (ныне Челябинская область (до 1934 г. Челябинская область входила в состав Оренбургской губернии как субъект подчинения) в России). Отец — инженер-технолог Аполлинарий Алексеевич Герасимов (1863—1909), из семьи мценского уездногоисправника, за организацию социал-демократических кружков на Путиловском заводе был арестован в 25 лет и в 1888 году сослан в Енисейскую губернию сроком на 4 года под гласный надзор полиции[1]. Политссыльной была и мать — Юдифь Борисовна Эстрович (в замужестве Юлия Борисовна Герасимова), из динабургскойеврейской купеческой семьи, выросшая в Старобельске и принявшая ради брака православие[2][3][4][5]. В ссылке находились и два её брата — народовольцы Михаил Эстрович (1869—1938) и Осип Эстрович, оба приняли участие в восстании ссыльных в 1889 году в Якутске, во время которого Осип был ранен, а Михаил осуждён ещё на 8 лет каторжных работ[6].
В 1894 году супруги переехали на Урал, где отец, инженер, работал на Миасском заводе. В 1909 году он трагически погиб на реке Лозьве во время геологической экспедиции, оставив пятерых детей. Младшему, Сергею, едва исполнилось три года. В возрасте восьми лет Герасимов попал в театр, на оперу «Евгений Онегин». Там же, в Екатеринбурге, он впервые увидел и драматический спектакль — «Разбойников» Шиллера. С того времени театр стал предметом мечты Сергея[7]. Учился в Екатеринбургском реальном училище[8].
В дальнейшем, не оставляя полностью актёрской работы, занимался преимущественно режиссурой, во многих своих фильмах выступая и как сценарист. С 1930 года — режиссёр кинофабрики «Совкино» (с 1934 — «Ленфильм»). Дебютировал с фильмом «Двадцать два несчастья» (1930) совместно с Сергеем Бартеневым, затем поставил картины «Сердце Соломона» (1932) совместно с Михаилом Кресиным и «Люблю ли тебя?» (1934).
С 1931 года Герасимов руководил актёрской мастерской экранного искусства при «Ленфильме».
В полной мере реализовал себя в своём первом звуковом фильме «Семеро смелых» (1936), над которым работал с воспитанным в его мастерской коллективом молодых актёров (Тамара Макарова, Пётр Алейников и другие), проявив себя как режиссёр-педагог, воплощающий свои замыслы через углублённую работу с актёрами[13]. Документальная достоверность жизни советской молодёжи была присуща и таким фильмам как «Комсомольск» (1938) и «Учитель» (1939).
Фильм «Маскарад» (1941), выпущенный к 100-летию кончины М. Лермонтова, стоял особняком в его творчестве. Картина, воссоздающая романтический пафос драмы Михаила Лермонтова, трактовалась режиссёром как трагедия обманутого доверия; одну из ключевых ролей в этом фильме исполнил сам Герасимов. Он так определял своё отношение к задачам кинематографии: «В нашем понимании современная тема в киноискусстве — это постановка и идейно-художественное решение тех вопросов, которые непосредственно влияют на развитие нашей жизни, на утверждение и углубление политики Коммунистической партии и Советского государства»[14].
В 1944 году Герасимов вернулся к педагогической работе, с 1946 года руководил объединённой режиссёрской и актёрской мастерской во Всесоюзном государственном институте кинематографии. Осуществил со своими учениками, в форме своеобразного киноспектакля, постановку романа Александра Фадеева «Молодая гвардия». На основе этого спектакля в 1948 году был поставлен фильм «Молодая гвардия». Несмотря на то что первоначальный вариант романа и сценария фильма подвергся серьёзной критике высшего партийного руководства (и лично Иосифа Сталина) за недооценённую роль партии в организации антифашистского подполья, фильм в конечном итоге был удостоен Сталинской премии.
С 1945 года — режиссёр киностудии «Союздетфильм»/киностудии имени М. Горького. Совместно с киноработниками КНР создал документальный фильм «Освобождённый Китай» (1950). В 1952 году поставил фильм «Сельский врач» о людях советской деревни. В конце 1958 года выступил режиссёром «Тихого Дона» (3 серии, 1957—1958) по мотивам одноимённого романаМихаила Шолохова. Позднее М. А. Шолохов за данный роман будет удостоен Нобелевской премии в 1965 году как 3 — ий из отечественных деятелей литературы. Первой серии «Тихого Дона» была присуждена премия за цвет на МКФ в Брюсселе (1958), третьей серии — главный приз «Хрустальный глобус» на XI МКФ в Карловых Варах (1958), 1-я премия и премия за режиссуру на I ВКФ в Москве (1958).
В 1962 году закончил двухсерийный фильм «Люди и звери» о трудном пути бывшего советского офицера, оставшегося после фашистского плена за границей и возвратившегося после длительного отсутствия на родину. Сам Герасимов играл в этом фильме роль опустившегося эмигранта Князя Львова-Щербацкого.
В 1960-х годах перешёл к фильмам на современную тематику, используя публицистические интонации затрагивал проблемы экологии, гражданской и моральной ответственности, преемственности поколений (картины «Журналист», «У озера», «Любить человека»). Выступал художественным руководителем в постановках молодых режиссёров на ЦКДЮФ имени М. Горького. В 1976 году на основе дипломного спектакля актёрской мастерской поставил телефильм «Красное и чёрное» по одноимённому роману Стендаля.
Сергей Герасимов скончался 26 ноября 1985 года на 80-м году жизни в Москве после операции на сердце. Похоронен на Новодевичьем кладбище (участок № 10).
Дочь двоюродной сестры, учителя вокала Миры Михайловны Эстрович — Ирина Роднянская (род. 1935), литературовед.
Брат Борис Герасимов (псевдоним Борис Сергеев, умер в 1970 году) — царский и белый офицер, командир 25-го Екатеринбургского полка в армии Колчака, после Гражданской войны был оперным певцом, артистом и хормейстером[16].
В селе Кундравы, где родился режиссёр, есть музей его имени.
К столетию со дня рождения режиссёра в Москве и Санкт-Петербурге на домах, где проживали Тамара Макарова и Сергей Герасимов, были установлены мемориальные доски. Инициатором выступил актёр Виталий Матвеев.
В Челябинске имя Сергея Герасимова носит улица в Тракторозаводском районе (новый микрорайон Чурилово).
