Сергей Пантелеев родился 4 июля 1951 года в деревне Заполье, Вологодская область. В 1968 году окончил среднюю школу. Через год призвался в ряды Вооруженных сил. Проходил службу в Военно-Морском Флоте, участвовал в дальних походах. После увольнения, с января 1973 года на протяжении сорока трех лет работал на предприятии «Кировский завод».
В 1992 году без отрыва от производства окончил Санкт-Петербургский институт машиностроения по специальности «Технология машиностроения». В 2001 году получил дополнительное профессиональное образование в Международном Банковском институте по специальности «Менеджмент организации».
В том же году Сергею Михайловичу присвоено звание «Почетный машиностроитель» России. С мая 2005 по сентябрь 2016 года являлся Председателем Межрегионального Профсоюза работников Открытого Акционерного Общества «Кировский завод».
На выборах 18 сентября 2016 года Пантелеев Сергей Михайлович избран Депутатом Государственной Думы VII созыва в составе федерального списка кандидатов, выдвинутого Коммунистическая партия Российской Федерации. Член фракции КПРФ. Член комитета Государственной Думы по экономической политике, промышленности, инновационному развитию и предпринимательству. Дата начала полномочий: 5 октября 2016 года.
Почетный машиностроитель России
Женат, имеет сына.