Родился 14 июня 1951 г. в г. Горьком (ныне Нижний Новгород).
В 1974 г. окончил Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова по специальности "инженер-электрик" (ныне Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева).
Доктор экономических наук. В 1999 г. в Санкт-Петербургском государственном университете защитил диссертацию на тему "Стратегия государственного регулирования экономики в переходный период: Россия 90-х годов".
Профессор.
В 1968–1969 гг. работал слесарем-испытателем специального конструкторского бюро производственного объединения (ПО) "Завод имени В. И. Ульянова" (Горький).
После окончания института Сергей Митин вернулся на завод. С 1974 г. работал помощником мастера и мастером производства, с 1977 г. - заместителем начальника, с 1979 г. - начальником производства. В 1980 г. возглавил производственно-диспетчерский отдел, в 1982 г. - отдел материально-технического снабжения. Спустя год был назначен заместителем генерального директора по коммерческим вопросам, в 1985 г. - главным инженером и первым заместителем гендиректора. В 1989 г. занял должность генерального директора ПО "Завод имени В. И. Ульянова" (с 1993 г. - ОАО "Термаль").
17 декабря 1995 г. был избран депутатом Государственной думы II созыва по списку блока "Наш дом - Россия" (НДР). В 1996-1997 гг. - заместитель председателя комитета Госдумы по экономической политике. Входил во фракцию НДР. Депутатские полномочия были прекращены досрочно 16 января 1998 г. в связи с переходом на госслужбу.
С 21 ноября 1997 г. по 30 июня 2000 г. - заместитель министра экономики РФ.
С 30 июня 2000 г. по 6 июля 2004 г. - заместитель министра промышленности, науки и технологий РФ.
С 6 июля 2004 г. по 3 августа 2007 г. - заместитель министра сельского хозяйства РФ.
В 2007-2017 гг. - губернатор Новгородской области.
3 августа 2007 г. указом президента России Владимира Путина был назначен врио губернатора Новгородской области (сменил на этом посту Михаила Прусака). 7 августа 2007 г. депутаты Новгородской областной думы единогласно наделили Сергея Митина полномочиями главы региона по представлению главы государства.
8 августа 2012 г. Сергей Митин был назначен врио губернатора Новгородской области (в связи с истечением срока полномочий).
14 октября 2012 г. победил на прямых выборах губернатора Новгородской области, получив 75,95% голосов избирателей (баллотировался от партии "Единая Россия"). Его ближайший соперник, кандидат от партии "Патриоты России" Николай Захаров, набрал 10,63%. 20 октября того же года Сергей Митин официально вступил в должность.
13 февраля 2017 г. президент РФ Владимир Путин принял досрочную отставку Сергея Митина с поста руководителя Новгородской области. Врио губернатора региона стал Андрей Никитин.
С 2017 по 2025 г. - член Совета Федерации (сенатор) - представитель от исполнительного органа государственной власти Новгородской области (наделен полномочиями 14 октября 2017 г., 20 октября 2022 г.). С ноября 2017 г. был заместителем председателя, с марта 2019 г. -первым заместителем председателя комитета СФ по аграрно-продовольственной политике и природопользованию. В октябре 2025 г. новым сенатором от правительства Новгородской области стал Евгений Дитрих.
Награжден орденами Дружбы (2006), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2013), Почета (2018), Александра Невского (2024). Имеет почетные грамоты правительства (2001) и президента (2016) РФ, благодарность правительства РФ (2020).
Заслуженный машиностроитель РФ (1992).
Почетный работник агропромышленного комплекса России (2011).
Почетный металлург (2001; звание Министерства промышленности и торговли РФ).
Лауреат премии правительства РФ в области науки и техники за 2003 г. за разработку и организацию серийного производства высокопроизводительного металлорежущего оборудования для высокоскоростной обработки сверхсложных корпусных деталей.