Отец — известный литератор-пушкиновед Михаил Осипович Гершензон. Мать — пианистка Мария Борисовна Гольденвейзер (сестрa пианиста А.Б. Гольденвейзера).
В 1927 году Сергей Гершензон окончил Московский университет, ученик С.С. Четверикова.
В 1931—1935 гг. работал в Биологическом институте имени К.А. Тимирязева, в 1935—1937 гг. — в Институте генетики АН СССР.
В Киев Сергей Гершензон приехал в 1937 году по письменной просьбе легендарного отечественного эволюциониста
Ивана Шмальгаузена. Последнему было поручено возглавить только что созданный институт, и, уходя на служебное повышение, он решил передать свою лабораторию генетики молодому перспективному выпускнику МГУ, кандидату биологических наук Сергею Гершензону.
В 1937—1941 гг. и 1944—1948 гг. заведовал кафедрой генетики и дарвинизма Киевского университета.
Приказом Министерства высшего образования СССР от 23 августа 1948 года № 1208 «О состоянии преподавания биологических дисциплин в университетах и о мерах по укреплению биологических факультетов квалифицированными кадрами биологов-мичуринцев» освобождён от работы «как проводивший активную борьбу против мичуринцев и мичуринского учения и не обеспечивший воспитания советской молодёжи в духе передовой мичуринской биологии».
В 1968—1973 гг. заведовал Сектором молекулярной биологии и генетики, а затем — отделом, в организованном на базе сектора, Институте молекулярной биологии и генетики АН УССР.
С 1986 года — сотрудник Института физиологии растений и генетики АН УССР.
В 1976—1985 гг. — главный редактор журнала «Цитология и генетика».
Автор свыше 300 научных и научно-популярных работ, в т.ч. монографий: «Мутации», «Многообразное значение мейоза для проблем общей биологии» и др., а также автобиографической книги «Тропою генетики».
Результаты указанных исследований сделали его выдающейся фигурой в мировой науке, классиком генетики.
В 1995 году он был удостоен премии имени В.С. Кирпичникова за цикл работ, содержащих важные положения современной теории эволюции.
Награжден 10 орденами и медалями СССР.
Умер 7 апреля 1998 года в Киеве.
Сайт «Герои страны»Енциклопедiя Сучасної УкраїниВикипедия