Родился 13 апреля 1973 г. в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). В детстве Сергей Шнуров посещал музыкальную школу по классу скрипки и театральный кружок.
В начале 1990-х гг. учился в Ленинградском инженерно-строительном институте (ныне Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; не окончил), затем - в реставрационном лицее (получил диплом реставратора произведений из дерева) и на философском факультете Теологического института при Санкт-Петербургской духовной академии (не окончил).
В первой половине 1990-х гг. сменил ряд профессий: работал реставратором, грузчиком в кондитерском магазине, сторожем в детском саду, стекольщиком, столяром.
С 1991 г. Сергей Шнуров выступал в качестве бас-гитариста в группе "Алкорепица", игравшей в стиле рэпкор. В середине 1990-х гг. был участником электронной панк-группы "Ухо Ван Гога" (ее солистом являлся Игорь Вдовин).
В 1997 г. создал музыкальную группу "Ленинград", стал автором большинства ее песен. Первый студийный альбом - "Пуля" - вышел в 1999 г. Основным вокалистом был Игорь Вдовин, Сергей Шнуров выступал как второй вокалист. В декабре того же года вышел второй студийный альбом - "Мат без электричества". Основным солистом с этого момента был Сергей Шнуров. Широкую известность коллектив получил после релиза в 2000 г. третьего альбома - "Дачники". Отличительной чертой репертуара "Ленинграда" стали эпатажные песни бытовой тематики с большим количеством нецензурной лексики. В дальнейшем состав музыкантов группы неоднократно обновлялся. Музыкальный стиль "Ленинграда" обычно определяют как панк-рок, ска-панк или пародию на русский шансон. В 2019 г. группа провела прощальный стадионный тур, однако не распалась и продолжает давать концерты. "Ленинград" выпустил более десяти студийных альбомов. Среди наиболее известных песен группы: "День рождения", "Когда нет денег", "Терминатор", "WWW", "Мне бы в небо", "Менеджер", "Дороги", "В Питере - пить", "Экспонат".
В 2004 г. Сергей Шнуров основал музыкальный лейбл ShnurOK.
В 2008-2010 гг. являлся солистом рок-группы "Рубль". Выпустил сольные альбомы "Второй магаданский" (2008) и "Лютик" (2012).
Автор музыки к фильмам: "Бумер" (2003, режиссер Петр Буслов), "Личный номер" (2004, Евгений Лаврентьев), "День Д" (2008, Михаил Пореченков и Екатерина Побединская), "Европа - Азия" (2009, Иван Дыховичный), "Атомный Иван" (2011, Василий Бархатов), "Кококо" (2012, Авдотья Смирнова).
В качестве актера снимался в кинокартинах: "Копейка" (2002, Иван Дыховичный), "Игры мотыльков" (2003, Андрей Прошкин), "Теория запоя" (2003, Наталия Погоничева), "Четыре" (2004, Илья Хржановский), "Слон" (2010, Владимир Карабанов), "Generation "П" (2011, Виктор Гинзбург), "Я худею" (2018, Алексей Нужный).
Был ведущим телепрограмм: "Шнур вокруг света" (2006, НТВ), "Окопная жизнь" (2008, НТВ), "История российского шоу-бизнеса" (2010, СТС), "Культ тура" (2015-2016, "Матч ТВ"), "Про любовь" (2016, Первый канал), "Форт Боярд" (2019, СТС).
В 2018 г. в качестве одного из наставников участвовал в вокальном телепроекте "Голос" (Первый канал).
Сергей Шнуров занимается живописью. Выставки его работ проходили в Санкт-Петербурге и Москве.
С 2019 г. входит в состав общественного совета при комитете по культуре Государственной думы РФ, совета по культуре Российско-китайского комитета дружбы.
С февраля 2020 г. и до 2024 г. был членом Партии роста, с июля 2020 г. являлся одним из сопредседателей партии.
В июне 2020 г. стал совладельцем компании по производству и дистрибуции контента Carbon Production ("Карбон продакшн") в доле 20%. В том же месяце занял должность генерального продюсера телеканала RTVI ("Ар-ти-ви-ай"), на котором впоследствии стал вести авторскую программу "Картинки с выставки.
Летом 2021 г. представил публике свой новый музыкальный проект "Зоя", солисткой которого стала Ксения Руденко.
В марте 2022 г. сообщил о временном прекращении сотрудничества с RTVI и желании сосредоточиться на развитии собственных музыкальных проектов.
Обладатель кинопремии "Ника" в номинации "Лучшая музыка к фильму" (2004, "Бумер").