В 1925 году окончил Московский университет, в 1924—1935 гг. работал в Астрофизическом институте (в 1931 году вошел в состав вновь созданного Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга), в 1935—1939 гг. — сотрудник, заместитель директора Пулковской обсерватории, в 1939—1981 гг. — профессор, заведующий кафедрой астрономии Киевского университета.
Основные работы относятся к физике комет, Солнца и солнечной активности, к проблемам космогонии.
Развил некоторые направления механической теории комет, доказал быстрое разрушение периодических комет.
В 1932 году на новой основе развил гипотезу Ж.Л. Лагранжа о выбросах комет с поверхности планет и их спутников.
Автор фундаментального труда «Физические характеристики комет» (1958) и серии дополнений к нему (издавались до 1974), содержащих историю всех комет с древнейших времен до 1971 года, их орбиты, сводки наблюдений, первый в мире каталог абсолютных величин комет.
В 1960 году Всехсвятский высказал предположение о существовании кольца вокруг Юпитера, которое действительно было обнаружено американским космическим аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году.
По результатам наблюдений солнечной короны во время затмений установил существование протяженных корональных потоков (впоследствии названных «солнечным ветром»), вызывающих магнитные бури и возмущения в ионосфере Земли.
В 1955 году совместно с учениками разработал динамическую теорию короны Солнца.
В ряде работ отстаивал мнение о влиянии планет на развитие солнечной активности.
Сергей Всехсвятский — автор книги «Природа и происхождение комет и метеорного вещества» (1967). Соавтор коллективного труда «Проблемы современной космогонии» (1969).
Награжден медалью Астрономического совета АН СССР «За обнаружение новых астрономических объектов» (1979), медалью им. Ю.А. Гагарина Федерации космонавтики СССР.
Умер 6 октября 1984 года в Москве.
Именем Всехсвятского названа малая планета (2721 Vsekhsvyatskij), открытая Н.С. Черных 22 сентября 1973 года в Крымской астрофизической обсерватории.
В 2005 году Национальным банком Украины выпущена юбилейная монета «Сергей Всехсвятский» номиналом 2 грн.



Монета «Сергей Всехсвятский». Национальный банк Украины

Енциклопедiя Сучасної України
Википедия
Сайт физического факультета КНУ им. Т.Г. Шевченко.
Сайт КНУ им. Т.Г. Шевченко