Сергей Гаврилов родился 27 января 1966 года в городе Тула. После школы, в 1989 году окончил Московский государственный университет имени Михаила Ломоносова по специальности «политическая экономия». Позднее получил диплом Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте России по специальность «юриспруденция». Далее защитил диссертацию на соискание ученой степени, став кандидатом экономических наук.
С 1990 по 1993 год избирался депутатом Тульского городского Совета народных депутатов. В 1995 году на выборах в Государственную Думу II созыва Гаврилов Сергей выдвинут Конгрессом русских общин по Щекинскому избирательному округу. Получил около 29 тысяч голосов, но безуспешно. Впоследствии работал советником генерального директора ФГУП «Российская самолетостроительная корпорация МиГ», затем советником генерального директора ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество».
С 2005 по 2007 год Сергей Гаврилов являлся депутатом Белгородской областной думы IV созыва. В 2007 году избран депутатом Государственной думы V созыва по избирательному списку КПРФ в Воронежской области. Являлся заместителем председателя Комитета Государственной Думы по транспорту. Курировал вопросы авиационного комплекса.
Через четыре года, 4 декабря 2011 года избран депутатом Государственной Думы ФС РФ VI созыва. Член фракции КПРФ, председатель комитета ГД по вопросам собственности. Является координатором Межфракционной депутатской группы по защите христианских ценностей в Государственной Думе Федерального Собрания РФ.
На выборах 18 сентября 2016 года Гаврилов Сергей Анатольевич избран Депутатом Государственной Думы VII созыва в составе федерального списка кандидатов, выдвинутого Политической партией «Коммунистическая партия Российской Федерации». Региональная группа № 17, Белгородская область, Воронежская область. Член фракции политической партии «Коммунистическая партия Российской Федерации». Председатель комитета ГД по развитию гражданского общества, вопросам общественных и религиозных объединений. Заместитель председателя комиссии ГД по правовому обеспечению развития организаций оборонно-промышленного комплекса РФ. Дата начала полномочий: 18 сентября 2016 года.
Гаврилов является членом Президиума общественного совета по восстановлению Собора Феодоровской иконы Божьей Матери. Член Совета Всемирного Русского Народного Собора. Имеет награды Русской православной церкви.
Сергей Анатольевич осуществляет активное участие в международной деятельности Государственной Думы. Является Заместителем председателя постоянного комитета Межпарламентского Союза по демократии и правам человека. Возглавляет Межфракционную депутатскую группу по взаимодействию с Верховным Советом Приднестровья. Координатор Межфракционной депутатской группы по защите христианских ценностей.
Параллельно состоит в Правительственной комиссии по обеспечению реализации мер по предупреждению банкротства стратегических предприятий и организаций. Член рабочей группы по совершенствованию межбюджетных отношений в Российской Федерации. Член Экспертного Совета Государственной Корпорации «Банк развития внешнеэкономической деятельности». Член Консультационного совета акционеров ОАО Банк ВТБ.
Сергей Анатольевич Гаврилов 20 июня 2019 года выступил в Парламенте Грузии в рамках участия в Межпарламентской ассамблее православия, президентом которой является. Политик выступал на русском языке, сидя в кресле спикера парламента, и открывал заседание. Данное событие возмутило оппозиционных депутатов, которые пикетировали трибуну и сорвали работу ассамблеи. Вечером у здания Парламента Грузии началась многотысячная акция протеста. На протяжении нескольких часов шло жесткое противостояние между протестующими и полицией. Несколько десятков человек с ранениями попали в больницы города.
Медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени (26 августа 2016 года) - за активную законотворческую деятельность и многолетнюю добросовестную работу
Медаль Священномученика Горазда (2018 год, Православная церковь Чешских земель и Словакии)
Императорская медаль «Юбилей Всенародного подвига. 1613-2013» (2014 год, Российский Императорский Дом)
Женат, имеет четверых детей.