Сергей Попов родился 15 мая 1948 года. Окончил математико-механический и юридический факультеты ЛГУ имени А.А.Жданова. С 1974 года - ассистент, затем старший преподаватель кафедры высшей математики Ленинградского политехнического института.
С 1994 года - адвокат Международной коллегии адвокатов «Санкт-Петербург». С 1996 года - член исполкома Гильдии российских адвокатов. В 1999 году был избран вице-президентом Международной коллегии адвокатов «Санкт-Петербург».
В 1994 году выиграл два получивших значительное освещение в СМИ судебных процесса - по иску вице-мэра Санкт-Петербурга Вячеслава Щербакова к мэру города Анатолию Собчаку о незаконном увольнении и по иску ряда общественных организаций к мэру о незаконной отмене решения городской избирательной комиссии по выборам в Законодательное собрание города весной 1994 года.
Также участвовал в судебных процессах «Трудовой коллектив института „Союзпроектверфь“ против Комитета по управлению городским имуществом Санкт-Петербурга», «„Яблоко“ против Центризбиркома».
В 1996 году выиграл процесс по иску к Центральному банку России о выделении Санкт-Петербургу средств территориального дорожного фонда.
В 1999 году 18 октября выиграл в суде Центрального района Санкт-Петербурга процесс против министерства финансов России. Требовал признать незаконными действия Минфина по исполнению федерального бюджета 1998 года. Ему удалось доказать, что из-за недофинансирования ряда федеральных программ по Санкт-Петербургу оказались нарушенными его права, так как министерство не выделило утвержденные в бюджете средства на восстановление линии метро, разорванной в результате размыва, на строительство защитных сооружений от наводнений в Финском заливе, на строительство фонда хранилища Эрмитажа и нового здания Российской Национальной библиотеки.
В 1995 году был избран депутатом Государственной думы второго созыва по Юго-Западному округу Санкт-Петербурга, был выдвинут объединением «Яблоко». Член фракции «Яблоко». Член Комитета по законодательству и судебно-правовой реформе.
Входил в состав специальной комиссии Государственной думы по оценке соблюдения процедурных правил и фактической обоснованности обвинения, выдвинутого против президента России Бориса Ельцина. Выступил с особым мнением, считая, что по двум пунктам обвинения привлечение президента к уголовной ответственности противоречит Уголовному кодексу России. А по одному пункту недостаточно исследован вопрос о том, препятствует ли выдвижению обвинения принятое Государственной думой постановление от 23 февраля 1994 года «Об объявлении политической и экономической амнистии».
В 1999 году вновь избран депутатом Государственной думы по этому же округу, был выдвинут объединением «Яблоко». Член фракции «Яблоко». Заместитель председателя Комитета Государственной Думы по конституционному законодательству и государственному строительству.
В 2003 году вновь избран депутатом Государственной думы четвертого созыва по этому же округу, был выдвинут объединением «Яблоко». Не входит в зарегистрированные депутатские объединения. Член Комитета по конституционному законодательству и государственному строительству.
с 1997 года - член политсовета Региональной партии центра - «Яблоко». С момента основания объединения «Яблоко» был председателем его ревизионной комиссии. Заместитель председателя Российской демократической партии «Яблоко».
В 2007 году был выдвинут кандидатом в депутаты Государственной думы от партии «Справедливая Россия».
В 2016 году баллотировался в депутаты Государственной думы VII созыва от партии «Справедливая Россия»: вошел в федеральный список партии, а также был кандидатом по 216 Центральному одномандатному избирательному округу, город Санкт-Петербург.