Отец — Алексей Никитич Гиляров, профессор кафедры истории философии Киевского университета, академик АН УССР.
В 1888 году семья переехала в Киев.
В 1905 году после окончания 1-й Киевской гимназии поступил в Киевский университет, сначала на естественный, а в 1906 году перешел на историко-филолософский факультет.
Преподавал в киевских гимназиях историю, теорию педагогики, логику, психологию.
В 1915 году зачислен ассистентом на кафедру истории искусств Киевского университета, где в 1917 году основал и возглавил «Общество исследователей искусств».
В 1918—1919 гг. работал в Министерстве образования делопроизводителем отдела пластических искусств.
С 1919 года — сотрудник Музея искусств ВУАН (ныне Музей искусств имени Богдана и Варвары Ханенко), впоследствии — ученый секретарь, с 1926 года — заместитель директора музея, а затем — хранитель.
Много усилий приложил для исследования, систематизации и учета экспонатов музея, возвращение в Киев коллекции В. Щавинского и отдельных произведений, принадлежавших Ханенко.
Был инициатором создания при музее аспирантуры.
С 1938 года — член правления Союза художников СССР.
Автор более 70 статей, публикаций по истории искусства.
С началом войны Гиляров отказался эвакуироваться из Киева и остался на оккупированной немцами территории, считая что хранитель должен оставаться у своих экспонатов.
После освобождения Киева назначен директором Киевской музейной группы при Управлении по делам искусств УССР.
30 декабря 1945 года был арестован и обвинен в пособничестве гитлеровцам.
8 февраля 1946 года не дожив до вынесения (объявления) приговора Сергей Гиляров умер в больнице Лукьяновской тюрьмы. Официально — от воспаления легких. Однако со временем выяснилось, что он умер от истощения, отказавшись принимать пищу.
Сын — Меркурий Гиляров, зоолог, энтомолог, академик АН СССР.
Енциклопедiя Сучасної України
Википедия
Юрий Иванов «Гиляровы — на все времена. История одной династии»