Родился 22 августа 1960 г. в г. Алагире Северо-Осетинской АССР (ныне Республика Северная Осетия - Алания).
В 1983 г. окончил штурманский факультет Каспийского высшего военно-морского краснознаменного училища им. С. М. Кирова (ныне Азербайджанское высшее военно-морское училище) по специальности "инженер-штурман", в 1995 г. - Военно-морскую академию им. адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова, в 2004 г. - Военную академию Генерального штаба Вооруженных сил РФ.
С 1983 г. служил в Кольской флотилии разнородных сил Северного флота командиром БЧ-1 (штурманской боевой части) базового тральщика. С 1986 г. был командиром базового тральщика БТ-22, с 1991 г. - морского тральщика "Контр-адмирал Власов".
С 1995 г. служил в Каспийской флотилии начальником штаба 106-й бригады кораблей охраны водного района (г. Каспийск, Дагестан), с 1998 г. - командиром 73-й бригады кораблей охраны водного района (Астрахань).
Участвовал в контртеррористической операции на Северном Кавказе.
В июне 2004 г. был назначен начальником штаба, в сентябре 2005 г. - командиром Новороссийской военно-морской базы Черноморского флота ВМФ РФ.
В августе 2008 г., в ходе проведения российскими вооруженными силами операции по принуждению Грузии к миру, командовал группировкой сил войск Черноморского Флота на абхазском направлении.
С 30 мая 2009 г. по 22 декабря 2011 г. - заместитель командующего Черноморским флотом.
В апреле 2010 г. был одним из трех кандидатов на пост главы Северной Осетии - Алании, предложенных президенту РФ Дмитрию Медведеву партией "Единая Россия" (главой республики стал Таймураз Мамсуров).
22 декабря 2011 г. Сергей Меняйло был уволен с военной службы в запас.
В начале 2014 г., во время политического кризиса на Украине, участвовал в формировании отрядов самообороны в Крыму. В марте 2014 г., после воссоединения Крыма и Севастополя с Россией, возглавил государственное предприятие "Крымские морские порты".
14 апреля 2014 г. указом президента РФ Владимира Путина был назначен исполняющим обязанности губернатора Севастополя (сменил на посту Алексея Чалого).
15 мая 2014 г. вошел в состав регионального штаба Общероссийского народного фронта.
14 сентября 2014 г. участвовал в выборах депутатов Законодательного собрания Севастополя I созыва по списку партии "Единая Россия" (баллотировался под вторым номером общей части списка). После выборов от депутатского мандата отказался.
17 сентября 2014 г. глава государства внес в Законодательное собрание Севастополя кандидатуры трех претендентов на пост губернатора города, включая Сергея Меняйло (от "Единой России"). 9 октября того же года городской парламент избрал Сергея Меняйло руководителем Севастополя (за - 21 депутат из 24). В тот же день он официально вступил в должность губернатора (одновременно возглавлял правительство города).
С 28 июля 2016 г. по 9 апреля 2021 г. - полномочный представитель президента РФ в Сибирском федеральном округе (сменил на посту полпреда Николая Рогожкина).
С 12 августа 2016 г. по 2 августа 2021 г. - член Совета безопасности РФ.
С 2021 г. Сергей Меняйло возглавляет Республику Северная Осетия - Алания.
9 апреля 2021 г. указом президента РФ был назначен врио главы республики (во главе региона сменил Вячеслава Битарова).
30 августа 2021 г. Владимир Путин внес в парламент Северной Осетии - Алании список кандидатов на пост руководителя республики, в состав которого вошел Сергей Меняйло (от "Единой России"). 19 сентября 2021 г. депутаты республиканского парламента избрали Сергея Меняйло главой Северной Осетии - Алании (за - 57 человек). В тот же день он принял присягу.
Член Государственного совета РФ.
Входит в высший совет партии "Единая Россия" (с декабря 2021 г.). Секретарь регионального отделения партии в Республике Северная Осетия - Алания.
Вице-адмирал (2007).
Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" IV степени с мечами (2008), Александра Невского (2014), Почета (2021), "За военные заслуги" (2000), медалью "За боевые заслуги" (1990). Имеет орден Почета Республики Южная Осетия (2022). Награжден именным огнестрельным и холодным оружием.
Удостоен ордена Святого благоверного князя Даниила Московского II степени (РПЦ; 2022).