Будущий священномученик появился на свет 17 сентября 1892 года. Отцом его был известный московский старец протоиерей Алексий Мечёв, настоятель храма святителя Николая в Кленниках. Родился он на два месяца раньше срока, и выхаживали его с трудом. Рос мальчик в церковной среде, прислуживал отцу в алтаре и пел на клиросе. Отец хотел видеть в сыне преемника, но, будучи противником всякого принуждения, никогда ему об этом не говорил.

Сергей окончил гимназию с серебряной медалью и поступил в Московский университет на историко-филологический факультет, где особенно увлёкся древнерусской литературой и историей Русской Церкви. Когда началась Первая мировая война, он прервал занятия и ушёл на фронт добровольцем-санитаром, хотя как единственный сын призыву не подлежал. В 1918 году он женился на Евфросинии Николаевне Шафоростовой, с которой познакомился в прифронтовом лазарете. Решение стать священником пришло осенью того же года, после беседы с оптинским старцем Анатолием, а весной 1919 года он был рукоположен во диакона и затем во иерея и стал служить вместе с отцом.

После кончины отца Алексия в 1923 году сын принял на себя его наследство: стал настоятелем храма и духовником прихода. Это давалось тяжело — были и сомнения, и первый арест, и месяцы в Бутырской тюрьме. Общину свою он называл покаяльно-богослужебной семьёй и настойчиво повторял, что творения святых отцов надо читать делами, то есть исполнять. При храме он завёл кружок по изучению отцов, заботился о благолепии здания, а свою духовную дочь, художницу Марию Соколову, благословил учиться иконописи — впоследствии она стала известным иконописцем.

В 1929 году отца Сергия арестовали снова и отправили в ссылку в город Кадников Вологодской области, где он служил в снятых комнатах и куда к нему приезжали духовные дети. В 1933 году последовал новый арест и пять лет лагеря: лесопильные работы, разгрузка леса с вмёрзшей в лёд баржи, тяжёлый быт. Здоровье его резко ухудшилось, и после обращения в Красный Крест его перевели с общих работ на фельдшерский приём. Освободившись раньше срока за добросовестный труд, он работал фельдшером в поликлинике в Твери, где до начала приёма успевал исповедать и причастить приезжавших из Москвы духовных детей, а жил в пригороде, потому что в областном центре селиться ему было нельзя.

В 1939 году архиерей, у которого несколько членов общины приняли тайное рукоположение, был арестован и назвал отца Сергия главой подпольной организации. Узнав об этом, священник усилил молитву о новопоставленных и просил Господа, чтобы в ответе за всех оказался он один. 7 июля 1941 года его арестовали в Рыбинске. На допросах он отказался называть знакомых, чтобы не подвергать их опасности, за что был посажен в карцер. Никто из тайно рукоположенных арестован не был. Военный трибунал вынес смертный приговор. Отца Сергия расстреляли 6 января 1942 года; похоронили его в общей могиле, оставшейся безвестной.