Родился 21 октября 1971 в городе Орджоникидзе. По национальности — осетин. Его отец Марат Гуриев — доктор технических наук, профессор — один из крупнейших советских и российских специалистов по информационным технологиям (занимался развитием информационных технологий в Администрации Президента, ныне Президент Союза операторов Интернет). В возрасте пяти лет Сергей Гуриев переехал с семьёй в Киев, где впоследствии окончил среднюю школу.
В 1988 году поступил в Московский физико-технический институт и переехал с родителями в Москву. В 1993 закончил с отличием МФТИ. В 1994 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Некоторые математические модели формирования инвестиций и сбережений», получил учёную степень кандидата физико-математических наук. В 1997—1998 годах стажировался на экономическом факультете Массачусетского технологического института. С 1998 года работает в Российской экономической школе. В 2001 защитил докторскую диссертацию по теме «Неденежные формы расчёта в российской экономике».
Женат на Екатерине Журавской (1972 года рождения), профессоре экономики Парижской школы экономики. В семье двое детей.
Главный экономист Европейского банка реконструкции и развития с 3 ноября 2015 года по 2019 год, ректор Российской экономической школы с 2004 по 2013 год, президент Центра экономических и финансовых исследований и разработок РЭШ (с 2005 года). С 2013 года, после эмиграции во Францию — профессор экономики парижской Школы политических наук (Sciences Po).
Доктор экономических наук и кандидат физико-математических наук. Свободно говорит и преподаёт на английском языке.