Сергей Васильевич Шереметев происходил из рода Шереметевых, ведущего начало от Василия Петровича, брата фельдмаршала. Он был старшим сыном генерал-майора Василия Сергеевича и Татьяны Ивановны Марченко, а также братом декабриста Николая Шереметева.

Службу начал 4 марта 1808 года в Литовском уланском полку в звании корнета. 1 мая 1809 года переведен в Лейб-Гренадерский полк прапорщиком, а позже в том же году в Кавалергардский полк. В Отечественной войне участвовал в битвах при Бородине, где получил ранения и был награждён орденом святой Анны 3-й степени. В 1813 году при Кульме получил орден святого Владимира 4-й степени, а в 1814 году при Фершампенуазе, орден святой Анны 2-й степени. Продвигался по службе, получая звания поручика, штабс-ротмистра и ротмистра, а затем стал командиром эскадрона и полковником, получив орден святой Анны 2-й степени с алмазами.

15 декабря 1825 года, находясь в строю Кавалергардского полка, был назначен флигель-адъютантом. В 1826 году получил орден святого Владимира 3-й степени, а в 1827 году стал генерал-майором. В 1828 году командовал 2-й бригадой 4-й Уланской дивизии и участвовал в Турецкой кампании, где отличился при осаде Варны и в боях с турками, за что был награждён орденами и золотой саблей.

В 1831 году участвовал в Польской войне, где разбил отряд генерала Колышки и освободил пленников. За это получил орден святого Владимира 2-й степени. В 1835 году ушёл в отставку, а в 1837 году стал Нижегородским губернским предводителем дворянства. Проживал в Нижегородской губернии, где владел обширными имениями, включая село Богородское, известное своим благоустройством.

Шереметев строго управлял крестьянами, что вызывало недовольство. Он предлагал крестьянам выкупиться на волю, но после их отказа усилил строгость. В 1859 году, по приказу, был проведён осмотр его действий. В результате Шереметев смягчил условия для крестьян, но конфликт с местной властью продолжался. В итоге он покинул Россию и поселился в Женеве, где и умер 6 января 1866 года. Похоронен в Сергиевой пустыне близ Петербурга.