Родился 26 сентября 1966 г. в г. Ставрополе. Отец – Иван Дмитриевич Шматко - военный летчик, подполковник авиации, мать – Валентина Ивановна Сляднева (1940-2013) - поэтесса и прозаик. Вместе с родителями несколько лет прожил в ГДР, где служил его отец.
В 1983-1985 гг. учился на математико-механическом факультете Уральского государственного университета, в 1990 г. окончил факультет политэкономии Уральского госуниверситета (ныне Уральский федеральный университет имени первого президента России Б. Н. Ельцина). В 1992 г. окончил факультет экономики Университета г. Марбурга (Германия), в 2004 г. - Высшие академические курсы Военной академии Генштаба Вооруженных сил РФ по специальности "оборона и обеспечение безопасности Российской Федерации".
Кандидат технических наук. В 2007 г. во Всероссийском научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций защитил диссертацию на тему "Гидротермальная переработка кубовых остатков АЭС".
В 1985-1988 гг. служил в Военно-морском флоте СССР, в соединении атомных подводных лодок на Северном флоте.
С 1992 г. по 1994 г. работал аудитором в международной организации BDO Binder во Франкфурте-на-Майне (Германия).
С 1994 по 1995 г. - директор компании RFI GmbH (Общество по консультированию инвестиций в Россию; официальный представитель Российского фонда фундаментальных исследований в Евросоюзе).
В 1995-1997 гг. являлся научным сотрудником негосударственного Института проблем инвестирования, также возглавлял управление внешних связей Всероссийского банка развития регионов (создан в 1995 г. при государственном участии).
С 1997 г. по 1999 г. - руководитель аналитического центра экономической стратегии компании "Росэнергоатом" (оператор российских атомных электростанций).
В 1999-2001 гг. - советник генерального директора Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных электростанций (ВНИИАЭС) по экономической стратегии.
С 2002 по 2005 г. - председатель Государственного фонда конверсии.
С февраля по июнь 2005 г. - советник председателя правления Газпромбанка, вице-президент ЗАО "Атомстройэкспорт" (строительство объектов атомной энергетики за рубежом).
В 2005-2008 гг. - президент ЗАО "Атомстройэкспорт". Одновременно с января 2008 г. был заместителем директора ОАО "Атомэнергопром".
С 12 мая 2008 г. по 21 мая 2012 г. - министр энергетики РФ в правительстве Владимира Путина. Сменил на этом посту Виктора Христенко. В тот же период возглавлял Электроэнергетический совет СНГ.
С 1 июня 2013 г. и до ноября 2021 г. был специальным представителем президента РФ по вопросам международного сотрудничества в области электроэнергетики.
С 28 июня 2013 г. по 30 июня 2015 г. - председатель совета директоров ОАО "Россети".
1 марта 2021 г. возглавил совет директоров ООО "РТ-Энерго", которое является корпоративным центром компетенций в области энергоснабжения, энергосбережения и повышения энергоэффективности для организаций госкорпорации "Ростех".
Сергей Шматко скончался 7 ноября 2021 г. в московской больнице. Причиной смерти стали осложнения, вызванные коронавирусом.
Был председателем совета директоров ОАО "Холдинг МРСК" (2008-2011; в настоящее время ОАО "Россети"); "РусГидро" (2008-2011), "Транснефть" (2008-2011), "Зарубежнефть" (2009-2011), "СО ЕЭС" (2009-2011).
Заслуженный энергетик РФ (2017).
Был награжден орденами Дружбы (2008), Почета (2009), "За заслуги перед Отечеством" IV и III степеней (2012, 2021).
Был женат, имел двоих детей.