Сергей Васильевич родился 25 июля 1874 года в семье священника в Люблине. В 1895 году поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Под руководством профессора А. Е. Фаворского (в будущем действительного статского советника (1910−1917), академика АН СССР (1929)) выполнил дипломную работу «Исследование трихлорметил-о-метоксифенилкарбинола».
В 1899 году за участие в студенческих волнениях С. Лебедев был арестован и почти на год выслан из столицы…