Родился 20 января 1957 г. в Перми.
В 1979 г. окончил Тюменский инженерно-строительный институт (ныне в составе Тюменского индустриального университета) по специальности "промышленное и гражданское строительство", в 1983 г. - факультет организаторов промышленного производства и строительства Горьковского инженерно-строительного института (ныне Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет), в 1991 г. - Институт экономики в г. Киле (Германия).
В 1979 г. переехал в г. Стрежевой Томской области. До 1984 г. работал мастером, прорабом, главным инженером, начальником строительно-монтажного управления №3 треста "Томскнефтестрой" производственного объединения (ПО) "Томскнефть".
В 1984-1985 гг. - инструктор промышленно-транспортного отдела Стрежевского городского комитета КПСС.
В 1985 г. был назначен заместителем управляющего трестом "Томскгазстрой".
В 1985-1987 гг. занимал должность заместителя начальника по капитальному строительству нефтегазодобывающего управления "Васюганнефть" ПО "Томскнефть".
В 1987-1989 гг. - секретарь парткома треста "Томскнефтестрой" Стрежевского горкома КПСС.
С 1989 по 1994 г. - управляющий трестом "Томскнефтестрой", первый заместитель начальника управления по производству управления капитального строительства ОАО "Томскнефть".
В 1994 г. был назначен генеральным директором ОАО "Томскгаз" АО "Восточная нефтяная компания".
В 1995-1999 гг. - гендиректор ОАО "Томскгазпром".
С 1999 по 2004 г. - президент ОАО "Востокгазпром".
В 1999-2001 гг. - депутат Государственной думы Томской области II созыва (с 2011 г. - Законодательная дума Томской области). На дополнительных выборах 19 сентября 1999 г. был избран по Северному двухмандатному избирательному округу №17 (67,9%). Входил в комитет регионального парламента по экономической политике.
В 2001-2007 гг. - депутат Государственной думы Томской области III созыва. 16 декабря 2001 г. был вновь избран по Северному двухмандатному округу №17 (82,14%). Входил в комитет по экономической политике, постоянную комиссию по вопросам природных ресурсов, нефтегазового комплекса и энергетике. Был членом фракции "Единая Россия".
В 2004 г. переехал в Краснодар. В том же году занял должность генерального директора ООО "Кубаньгазпром", в 2007 г. переименованное в ООО "Газпром трансгаз Краснодар". Возглавлял компанию до 2012 г.
В 2012-2022 гг. - губернатор Томской области.
15 февраля 2012 г. Законодательная дума Томской области наделила его полномочиями руководителя региона по представлению президента РФ Дмитрия Медведева (за - 32 депутата, против – семь). Сергей Жвачкин сменил на этом посту Виктора Кресса. 17 марта того же года состоялась его инаугурация.
21 февраля 2017 г. президент РФ Владимира Путин принял досрочную отставку Сергея Жвачкина с поста губернатора и назначил его временно исполняющим обязанности главы региона.
10 сентября 2017 г. Сергей Жвачкин был избран губернатором Томской области. За него проголосовали 60,58% избирателей (баллотировался от "Единой России"). Второе место занял председатель комитета Госдумы РФ по федеративному устройству и вопросам местного самоуправления Алексей Диденко от ЛДПР (19,38%). 18 сентября того же года Сергей Жвачкин официально вступил в должность.
10 мая 2022 г. указом президента РФ Владимира Путина освобожден от должности губернатора Томской области по собственному желанию.
Президент футбольного клуба "Томь" (1999-2004, 2012 - н. в.).
Председатель наблюдательных советов Томского политехнического университета и Томского государственного университета.
Член партии "Единая Россия".
Входил в состав Государственного совета РФ (до июля 2022 г.).
Общая сумма декларированного дохода за 2015 г. составила 12 млн 823 тыс. руб., супруги - 4 млн 623 тыс. руб.
Общая сумма декларированного дохода за 2016 г. составила 25 млн 989 тыс. руб., супруги – 1 млн 870 тыс. руб.
Общая сумма декларированного дохода за 2017 г. составила 43 млн 720 тыс. руб., супруги -717 тыс. руб.
Общая сумма декларированного дохода за 2018 г. составила 13 млн 873 тыс. руб., супруги - 2 млн 535 тыс. руб.
Сумма декларированного дохода за 2019 г. составила 16 млн 673 тыс. руб., супруги - 440 тыс. руб.
Сумма декларированного дохода за 2020 г. составила 16 млн 46 тыс. руб., супруги - 140 млн 270 тыс. руб.
Сумма декларированного дохода за 2021 г. составила 14 млн 680 тыс. руб., супруги - 1 млн 655 тыс. руб.
Награжден орденами Почета (1999), Дружбы (2016) и Александра Невского (2022). Имеет благодарность президента РФ (1996) и Почетную грамоту правительства РФ (2007).
Награжден также орденом Русской православной церкви - святого благоверного князя Даниила Московского II и III степеней (2001, 2002).
Заслуженный работник Министерства топлива и энергетики РФ (1997).
Почетный работник газовой промышленности РФ (2000).
Почетный гражданин Томской области (2004).
Соавтор книги "Новая концепция развития газовой отрасли Томской области: геологическое обоснование комплексной разработки газоконденсатнонефтяных месторождений Томской области" (1999).