Сергей Василёв родился 27 апреля 1980 года в Брянске в семье ткачихи и рабочего. Окончил гимназию № 7 г. Брянска. Работы не боялся. После 9 кл. расклеивал листовки, мыл окна, был грузчиком на складе, а с 18 лет – заведующим складом строительных материалов на рынке.

25 мая 1999 года Сергей был призван в армию Советским райвоенкоматом города Брянска. Службу проходил в 104-м гвардейском Краснознамённом парашютно-десантном полку (Псковская область). Меньше, чем через год службы получил звание гвардии младшего сержанта и был назначен командиром боевой машины. В начале февраля 2000 года в составе своей 6-й роты был направлен в командировку в Чечню и назначен командиром отделения.

29 февраля 2000 года 6-я рота заняла позиции на высоте 776.0 в Шатойском районе недалеко от селения Улус-Керт, закрывая выход из Аргунского ущелья. В тот же день была атакована превосходящими силами боевиков. В ходе ожесточённого боя Сергей Василёв проявил мужество и героизм и, несмотря на полученное тяжёлое ранение, остался в строю. Утром 1 марта при отражении очередной атаки противника получил смертельное ранение.

Похоронен в г.Брянске в Аллее Славы.

Указом Президента Российской Федерации № 484 от 12 марта 2000 года «за мужество и отвагу, проявленные при ликвидации незаконных вооруженных формирований в Северо-Кавказском регионе», гвардии младшему сержанту Василёву Сергею Владимировичу присвоено звание Героя Российской Федерации (посмертно).

6 октября 2005 г. брянским городским советом народных депутатов третьего созыва было принято решение о присвоении имени Героя России Сергея Владимировича Василева МОУ «Гимназия № 7» г. Брянска.

Одна из улиц (Совхозный переулок) была переименована в честь Сергея Василёва.

В 2016 году 27 апреля, в день рождения Героя России, на фасаде здания гимназии, в которой он учился, была открыта памятная доска. На открытии присутствовала мама Героя – Галина Василёва.

В честь 20-летия (2020) подвига десантников 6-й парашютно-десантной роты в Брянске возле памятника воинам-интернационалистам была открыта Аллея Героев, на которой установлены бюсты пяти нашим погибшим землякам, в том числе и Сергею Василеву.