Родился в Москве 17 сентября 1892 года в семье праведного Алексия Мечёва, настоятеля храма святителя Николая в Кленниках на Маросейке. Батюшка отец Алексий очень любил своего сына Серёжу и желал иметь его своим преемником, но он не хотел оказывать на него давление и поэтому дал возможность сыну получить светское образование. В 1910 году Сергей окончил гимназию с серебряной медалью и поступил на медицинский факультет Московского университета. Вскоре он перешёл учиться на словесное отделение историко-филологического факультета, которое окончил в 1917 году.

Во время войны в 1914 году Сергей Алексеевич работал на Западном фронте братом милосердия в одном из санитарных поездов. Там же он познакомился со своей будущей супругой, которая также трудилась сестрой милосердия.

Одновременно с учёбой в университете Сергий Алексеевич принимал участие в работе студенческого богословского кружка имени святителя Иоанна Златоустого, организованного наместником Чудова монастыря епископом Арсением (Жадановским). На заседаниях кружка читались и обсуждались доклады на различные темы богословского характера.

В 1917 году была создана комиссия по сношению с гражданской властью Русской Православной Церкви. В число членов Комиссии вошёл и Сергей Алексеевич. В этот период ему пришлось часто бывать у патриарха Тихона, который очень его полюбил.

Решение принять священство было связано у Сергея Алексеевича с поездкой в 1918 году в Оптину пустынь, где он получил на это благословение старцев отца Анатолия и отца Нектария.

В 1919 году, по окончании Московского университета, он был рукоположен во диакона, а затем во иерея. Рукополагал в Даниловском монастыре архиепископ Феодор (Поздеевский).

Сын служил рядом с отцом в храме на Маросейке. Этот приход называли «мирским монастырём». Послушание духовному отцу, очищение совести покаянием, частое причащение, ежедневные уставные службы (обедни на Маросейке начинались в 6 утра, и прихожане могли попасть на работу вовремя) — всё это создавало условия для подлинной духовной жизни. «Христианство не учение, а жизнь», — часто повторял отец Сергий.

После кончины своего отца батюшки Алексия 27 мая 1923 года, отец Сергий принял на своё пастырское попечение приход, и окормлял его до самой своей мученической кончины. «Вы мой путь ко Христу, как же пойду без вас», — писал он в 1930 году своим духовным чадам. Богослужение отца Сергия отличалось строгостью, стройностью, сосредоточенностью. Проповеди его были насыщены волевым началом, слушая их, хотелось действовать. Духовных чад привлекала к нему его пламенность веры, чуткая и неподкупная совесть, знание святоотеческого учения, и, наконец, доброта и отзывчивость.

Предвидя мученический подвиг отца Сергия, старец Нектарий Оптинский как-то так сказал своей духовной дочери о нём: «Ты знала отца Алексея? Его знала вся Москва, а отца Сергия пока знает только пол-Москвы. Но он будет больше отца».

После захвата обновленцами храмов, лишь единичные приходы в Москве сохранили верность патриарху Тихону, в числе их были Даниловский монастырь и «Маросейка». Отец Сергий был бескомпромиссный борец за чистоту Православия. Он не принимал церковной молитвы за безбожников и богоборцев. В 1929 году батюшку арестовали и сослали; в 1932 году закрыли храм на Маросейке.

Батюшка был сослан на Север, в маленький городок Вологодской области Кадников. Там в 1933 году последовал повторный арест и осуждение на 5 лет лагерей: сначала на Кубенском озере на лесопилке, затем на реке Шелекса, затем в Усть-Пинеге. В 1935 году его переводят в Свирские лагеря, на Лодейное Поле, после этого — перевод под Рыбинск (станция Переборы), на строительство плотины.

В колонии на Шелексе батюшка сильно голодал. Его постоянно обкрадывали уголовные. Духовные дочери, приехавшие навестить его, заметили, что, несмотря на крайнее истощение, в нём исчезла всякая раздражительность, он стал очень мягким, не было ни единого упрёка.

В 1937 году батюшка освободился из лагеря. Он поселился в окрестностях города Калинина и работал врачом в одной из поликлиник. Дома тайно совершал Литургию. К нему постоянно приезжали духовные дети, и он им писал письма: «... Молитесь Господу, просите Его, чтобы снял Он с вас тесноту, замыкание в себе, чтобы получили вы расширенное сердце!» — так он наставлял их.

Вскоре властям стало известно о нелегальном положении его общины. Отцу Сергию советовали скрыться в Средней Азии, но он боялся оставить своих духовных детей. Около года батюшка скитался без прописки. Летом 1941 года он с некоторыми духовными чадами тайно проживал в деревне близ Тутаева, каждый день служил Литургию. В связи с всеобщей подозрительностью, возникшей с началом войны, местные жители приняли их за немецких шпионов и выдали НКВД. 7 июля 1941 года батюшку арестовали и поместили в Ярославскую тюрьму. После 4-х месяцев допросов и пыток, на которых он вёл себя очень мужественно, стремясь, чтобы никто из общины не пострадал, в ночь на 6 января 1942 года батюшка был расстрелян в тюрьме Ярославского НКВД.

Причислен к лику святых новомучеников и исповедников Российских на Юбилейном Архиерейском Соборе Русской Православной Церкви в августе 2000 года для общецерковного почитания.

Тропарь священномученику Сергию Мечёву, глас 4

От кóрене прáведнаго прозя́бл еси́, / правослáвия настáвниче и ревни́телю, / пред Бóгом во ýзах и до смéрти предстоя́, / глáсом немóлчным пáству наставля́л еси́, / священномýчениче Сéргие, / моли́ Христá Бóга // спасти́ся душáм нáшим.

Кондак священномученику Сергию Мечёву, глас 8

Вели́кою любóвию к тáйне богослужéния прилежáл еси́, / пáству свою́ призывáя послéдовати житию́ святы́х отцéв / и познавáти писáния их свои́ми дея́ньми; / за Христá страдáния во ýзах и смерть прия́л еси́; // тéмже взывáем ти: Рáдуйся, Сéргие священномýчениче.