Родился 5 октября 1958 г. в г. Львове Украинской ССР (ныне Украина) в семье военнослужащего.
В 1980 г. окончил Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (ныне Национальный университет "Львовская политехника", Украина), в 1984 г. – Высшую комсомольскую школу при ЦК ВЛКСМ (Москва), в 1989 г. - Костромской сельскохозяйственный институт (ныне Костромская государственная сельскохозяйственная академия). Кроме того, в 1989 г. завершил обучение в аспирантуре Института мировой экономики и международных отношений Академии наук СССР (ныне ИМЭМО им. Е. М. Примакова Российской академии наук, РАН).
Кандидат экономических наук. В 1989 г. в Институте экономики мировой социалистической системы АН СССР защитил диссертацию на тему "Социально-экономические интересы молодежи и формы их реализации: на примере ПНР".
Доктор политических наук. В 2007 г. в Институте социологии РАН защитил диссертацию на тему "Современный российский парламентаризм: политические проблемы развития и их отражение в общественном мнении страны, 1989-2005 гг.".
Работал в научно-исследовательской лаборатории, затем находился на комсомольской работе во Львовской и Костромской областях.
В 1981 г. вступил в Коммунистическую партию Советского Союза (КПСС).
С 1989 г. занимал должность научного консультанта международного отдела ЦК ВЛКСМ.
В 1990 г. работал в аппарате президиума Верховного Совета (ВС) РСФСР, участвовал в создании пресс-службы ВС РСФСР.
В 1990-1993 гг. - пресс-секретарь председателя Конституционного суда РФ Валерия Зорькина.
В начале 1990-х гг. стал одним из основателей политико-аналитического Центра исследований политической культуры России (ЦИПКР), обеспечивающего деятельность партии и фракции Коммунистической партии РФ в Госдуме. В настоящее время является заместителем директора ЦИПКР.
Кроме того, в 1990-е гг. был членом редколлегии и политическим обозревателем газеты "Мегаполис-континент", постоянным автором газет "Советская Россия" и "Правда".
В 1997-2007 гг. работал в аппарате Государственной думы РФ, был ведущим референтом аппарата фракции КПРФ.
С 2007 по 2015 г. - главный редактор официального интернет-сайта КПРФ (kprf.ru), с декабря 2015 г. - член редакционного совета cайта.
В 2007-2011 гг. – депутат Государственной думы РФ V созыва. 2 декабря 2007 г. баллотировался по списку КПРФ, являлся вторым номером в региональной группе №22 (Краснодарский край). Первоначально при распределении мандатов в Госдуму не прошел. Однако 13 декабря получил мандат отказавшегося от работы в Госдуме однопартийца, депутата Заксобрания Краснодарского края Николая Осадчего. В Госдуме Сергей Обухов состоял во фракции КПРФ, был членом комитета по делам общественных объединений и религиозных организаций.
С 2008 г. входит в высшие руководящие органы российской компартии, является секретарем и членом президиума ЦК КПРФ.
В 2011-2016 гг. – депутат Госдумы РФ VI созыва. 4 декабря 2011 г. был избран по списку КПРФ, занимал вторую позицию в региональной группе №26 (Краснодарский край). В Госдуме был членом фракции КПРФ, заместителем председателя комитета по делам общественных объединений и религиозных организаций.
В 2012-2016 гг. - член российской делегации в Межпарламентской ассамблее православия.
С 2016 г. - заместитель руководителя аппарата фракции КПРФ в Государственной думе РФ.
18 сентября 2016 г. баллотировался в Госдуму VII созыва по Краснодарскому одномандатному округу №46. С результатом 20,89% проиграл выборы мэру Краснодара Владимиру Евланову (50,52%). Кроме того, Сергей Обухов первоначально был включен на этих выборах в федеральный партийный список КПРФ (был вторым в региональной группе №1, Республика Адыгея, Краснодарский край). Однако Центризбирком исключил его из партсписка из-за отсутствия справки об имуществе несовершеннолетней дочери.
С 2021 г. - депутат Государственной думы РФ VIII созыва. Был избран 19 сентября 2021 г. по списку КПРФ (баллотировался под вторым номером в региональной группе №34, Москва). Кроме того, выдвигался по Преображенскому одномандатному округу №205, где с результатом 24,18% проиграл выборы самовыдвиженцу Анатолию Вассерману (33,66%). Сергей Обухов состоит во фракции КПРФ. С 12 октября 2021 г. занимает пост заместителя председателя комитета Госдумы по развитию гражданского общества, вопросам общественных и религиозных объединений.
Лауреат премии Союза журналистов России за 1994 г.
Автор книг "Российский парламентаризм. Между признанием и отторжением: проблема массового восприятия, 1989-2005 гг. (2005), "И снова о вечном: русский вопрос России" (2018).