Родился 10 декабря 1937 г. в Москве в семье биолога.
В 1961 г. окончил филологический факультет Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова, в 1964 г. - аспирантуру МГУ (кафедра классической филологии). Его учителями были профессора Сергей Радциг, Алексей Лосев.
Доктор филологических наук. В 1967 г. защитил кандидатскую диссертацию по теме "Плутарх и античная биография. К вопросу о месте классика жанра в истории жанра" (за эту работу в 1968 г. ему была присуждена премия Ленинского комсомола). В 1977 г. получил докторскую степень за монографию "Поэтика ранневизантийской литературы".
В 1987 г. Сергей Аверинцев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР (ныне Российская академия наук, РАН), в 2003 г. - академиком РАН. Являлся членом Отделения историко-филологических наук РАН (секция языка и литературы).
В 1965-1966 гг. работал редактором в московском издательстве "Мысль".
В 1966-1969 гг. - научный сотрудник Института истории искусств (ныне Государственный институт искусствознания, Москва).
В 1969 г. перевелся в Институт мировой литературы им. А. М. Горького АН CCCP (ныне ИМЛИ им. А. М. Горького РАН). В 1981-1992 гг. заведовал в институте сектором античной литературы.
Научную работу совмещал с преподавательской и общественной деятельностью.
В 1969-1971 гг. на отделении искусствоведения исторического факультета МГУ читал курсы по эстетике античной культуры, Византии и средневекового Запада.
С 1985 г. был членом Союза писателей СССР.
В 1989-1994 гг. - профессор кафедры истории и теории мировой культуры философского факультета МГУ.
В 1989-1991 гг. - депутат Верховного совета СССР (был избран от АН СССР).
В 1990-1991 гг. был первым президентом Библейского общества Советского Союза (ныне Российское библейское общество).
С сентября 1992 г. по февраль 2004 г. - главный научный сотрудник и заведующий отделом христианской культуры Института мировой культуры МГУ.
В 1994 г. Сергея Аверинцева пригласили читать лекции в Венский университет, и он вместе с супругой переехал в Вену (Австрия). В 1994-2004 гг. был профессором Института славистики Венского университета.
Также читал лекции в ряде других европейских университетов. При этом не оставлял работу в Институте мировой культуры МГУ. Периодически Аверинцев приезжал в Москву.
С 1996 г. являлся членом попечительского совета Свято-Филаретовского института (Москва), читал в вузе лекции культурологического и богословского характера.
Сергей Аверинцев скончался 21 февраля 2004 г. в Вене на 67-м году жизни, там же был кремирован. По завещанию ученого, урна с его прахом была захоронена на Даниловском кладбище в Москве, где покоятся его родители.
Академик Аверинцев был специалистом в области изучения истории античной и средневековой литературы, поэтики, философии и культуры, русской и европейской литературы и философии культуры XIX-XX вв. Особое внимание он уделял философии и истории религии, христианству. Свободно владел английским, немецким и французским языками, также знал латинский, греческий и древнегреческий, сирийский и др. языки.
Автор переводов и работ по истории и литературе позднеантичной, раннехристианской и средневековой эпох, философии и поэзии Серебряного века, русской религиозной философии. Переводил сочинения Платона, Плутарха, Ефрема Сирина, Иоанна Дамаскина, Климента Александрийского, библейские тексты Евангелий от Матфея, Марка, Луки, Книги Иова, псалмов и др. Среди его основных трудов - "Плутарх и античная биография. К вопросу о месте классика жанра в истории жанра" (1973), "Судьбы европейской культурной традиции в эпоху перехода от античности к средневековью" (1976), "Поэтика ранневизантийской литературы" (1977), "От берегов Босфора до берегов Евфрата" (1987, перевод), "Риторика и истоки европейской литературной традиции" (1996), "Поэты" (1996), "София-Логос" (2000), "Образ античности" (2004) и др.
Написал ряд статей для "Философской энциклопедии" (1960-1970) и энциклопедии "Мифы народов мира" (1980-1982). Под руководством Аверинцева была издана трехтомная энциклопедия "Христианство" (1993).
Лауреат премии Ленинского комсомола (1968), Государственной премии СССР (1990, за фундаментальное исследование "Мифы народов мира" в составе коллектива авторов), Государственной премии РФ (1996; за трехтомник "Культура Византии IV-XV вв." в соавторстве), а также ряда общественных премий.
Являлся членом Европейской академии (1991), Всемирной академии культуры (1992), Папской академии общественных наук (1992), Национальной академии наук Украины (2000), почетным доктором Папского Восточного института в Риме (1992), Европейского университета в Минске (2000) и др.
В память об ученом МГУ проводит с 2004 г. научную конференцию "Аверинцевские чтения".