Сергей Васильев окончил Российскую академию музыки имени Гнесиных (класс Анатолия Соболева и Александра Веремьёва). Лауреат Всероссийского конкурса молодых джазовых исполнителей в Ростове-на-Дону (2000). Завоевал Гран-при Международного конкурса «ДоДж» в Донецке (2001) в составе трио с пианистом Владимиром Нестеренко и барабанщиком Павлом Тимофеевым.

В 2000–2004 гг. играл в ансамбле «Зеленая волна» под управлением Александра Осейчука, принял участие в записи трех компакт-дисков («Вальс толстой кошки», «И то, что ты себе желаешь», «Смесители»).

В 2004 году с Павлом Тимофеевым организовал джазовый квинтет Crazy Rhythm, который выпустил одноименный компакт-диск. С этого же времени Сергей Васильев становится постоянным участником трио Даниила Крамера и квартета «Четверо» Давида Голощёкина, сотрудничает с Анной Бутурлиной и Яковом Окунем.

Выступал с известными музыкантами, среди которых Майкл Брекер, Мишель Легран, Крэйг Хэнди, Лью Табакин, Ив Корнелиус, Рене Мари, Ларри Уиллис, Джордж Кейблз, Георгий Гаранян, Давид Голощёкин, Игорь Бриль, Анатолий Кролл, Алексей Кузнецов, Даниил Крамер, Игорь Бутман, Михаил Окунь, Яковь Окунь, Иван Фармаковский и многие другие. Принимал участие в записи дисков «Четверо 2» Давида Голощёкина, My Favorite Songs Анны Бутурлиной, Why Евгения Гречищева.

В настоящее время выступает на лучших площадках страны, занимается продюсированием проектов Hello Satchmo, «Джазовый Голливуд», A Tribute to Oscar Peterson.