Родился 27 января 1966 г. в г. Туле в семье военного.
В 1989 г. окончил экономический факультет Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова по специальности "политическая экономия", в 2002 г. - Российскую Академию государственной службы при президенте РФ по специальности "юриспруденция".
Кандидат экономических наук. В 1993 г. в МГУ защитил диссертацию на тему "Концепции будущего общества в экономических теориях русского анархизма".
В 1990 г. был избран депутатом Тульского городского совета народных депутатов.
В 1990-х гг. возглавлял ассоциацию молодых экономистов и политиков "Новое поколение". В 1995 г. был избран председателем тульского областного отделения Конгресса русских общин (КРО).
В 1993 и 1995 гг. баллотировался в Государственную думу РФ I и II созывов, однако избран не был. На выборах в 1995 г. был выдвинут КРО по Щёкинскому одномандатному избирательному округу №177, занял четвертое место из 12 кандидатов, получив 8,34% голосов избирателей.
В 2003 г. работал советником генерального директора - генерального конструктора ФГУП "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ". В его ведении, в частности, находились вопросы исполнения экспортных поставок.
7 декабря 2003 г. баллотировался от Коммунистической партии РФ (КПРФ) в Государственную думу РФ IV созыва (в составе региональной группы "Южно-Черноземная"; Белгородская, Воронежская, Курская обл.). По итогам распределения мандатов в парламент не прошел.
Затем исполнял обязанности ведущего научного сотрудника Института международных экономических и политических исследований Российской академии наук, руководителя Центра исследований экономических кризисов и вооруженных конфликтов.
В 2005 г. был консультантом КПРФ по экономическим вопросам, советником заместителя председателя Государственной думы РФ IV созыва Валентина Купцова.
В 2005 г. избран депутатом Белгородской областной думы IV созыва от регионального отделения КПРФ. Входил в состав комитета по бюджету, финансам и налоговой политике.
Одновременно с исполнением обязанностей депутата Белгородской облдумы в 2007 г. был советником генерального директора ОАО "Воронежское акционерное самолетостроительное общество" Михаила Шушпанова. В его обязанности входило обеспечение взаимодействия авиапредприятия с федеральными органами государственной власти.
2 декабря 2007 г. Сергей Гаврилов был избран в Государственную думу РФ V созыва (баллотировался в Воронежской области в составе региональной группы федерального списка кандидатов КПРФ). Член фракции КПРФ. С января по май 2008 г. - заместитель председателя думского комитета по информационной политике, информационным технологиям и связи. С 2008 по 2011 г. - заместитель председателя комитета по транспорту, курировал вопросы авиационного комплекса.
4 декабря 2011 г. избран депутатом Государственной думы VI созыва в составе федерального списка кандидатов, выдвинутого КПРФ (региональная группа № 37, Воронежская обл.). Член фракции КПРФ. С 21 декабря 2011 г. по 5 октября 2016 г. - председатель комитета Госдумы по вопросам собственности. С 2012 г. был координатором межфракционной депутатской группы по защите христианских ценностей. Также возглавлял межфракционную депутатскую группу по взаимодействию с Верховным советом непризнанной Приднестровской республики. В 2014 г. был наблюдателем от российского парламента на президентских выборах в Сирии.
С 18 сентября 2016 г. - депутат Госдумы РФ VII созыва, избранный по списку КПРФ. На выборах возглавлял региональную группу №17 (Белгородская и Воронежская обл.). С 5 октября 2016 г. - председатель комитета по развитию гражданского общества, вопросам общественных и религиозных объединений (до 14 декабря 2016 г. - комитета по делам общественных объединений и религиозных организаций). Заместитель председателя комиссии ГД по правовому обеспечению развития организаций оборонно-промышленного комплекса РФ. С 2017 г. - координатор межфракционной депутатской группы по защите христианских ценностей.
В 2018-2023 гг. - президент Межпарламентской ассамблеи православия (МАП). В июне 2019 г. посетил Тбилиси (Грузия) в составе делегации МАП. Сессия Генассамблеи организации проходила 20-21 июня в здании грузинского парламента. Следуя утвержденному протоколу, Сергей Гаврилов как глава российской делегации занял кресло спикера. Недовольная этим оппозиция сорвала мероприятие и вывела людей на акцию протеста, закончившуюся попыткой штурма парламента. В 2023 г. по требованию украинской стороны российская делегация во главе с Гавриловым не была допущена на очередное заседание Генассамблеи МАП, которое проходило с 29 июня по 2 июля. К участию в работе организации также не были допущены делегации Белоруссии и Сирии. Вместо Сергея Гаврилова на пост президента МАП был избран депутат польского парламента Евгений Чиквин.
С 2021 г. - депутат Государственной думы РФ VIII созыва. Был избран 19 сентября 2021 г. от партии КПРФ по федеральному округу (на выборах возглавлял региональную группу №18, Белгородская, Воронежская обл.). Член фракции КПРФ. 12 октября 2021 г. избран председателем комитета Госдумы РФ по вопросам собственности, земельным и имущественным отношениям.
Представитель Госдумы в Национальном финансовом совете.
Являлся членом правительственной Комиссии по обеспечению реализации мер по предупреждению банкротства стратегических предприятий и организаций (2011-2016).
Входил в состав консультационного совета акционеров Банка ВТБ (с 2009 г.). Член наблюдательного совета ВТБ (с 2022 г.).
Член совета Всемирного русского народного собора.
Награжден медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2016).
Отмечен Почетной грамотой правительства РФ (2016).