Родился Сергей в Петропавловске-Камчатском.
Мама Сергея рано умерла, отец ушел из семьи до ее смерти, женившись на другой женщине, и в результате Сергея воспитывали его бабушки. Он с детства хотел стать артистом, в четыре года мечтал сыграть Ленина и Гитлера, которые олицетворяли для него две крайности: один был самым хорошим, другой — самым плохим, и в возрасте 11-ти лет Сергей впервые снялся в кино в фильме «Удивительный заклад» режиссера Леонида Макарычева.
В 1979 году Сергей Бехтерев окончил актерское отделение факультета драматического искусства ЛГИТМиКа (сейчас Санкт-Петербургская Академия Театрального Искусства), где учился в мастерской Аркадия Кацмана и Льва Додина, и стал актером Санкт-Петербургского Государственного Малого Драматического театра.
В начале 1980-х годов Бехтерев начал сниматься в кино, но режиссеры предлагали ему лишь эпизодические роли интеллигентов и чудаков. В фильме «Голос» актер исполнил роль композитора, в фильме «Блондинка за углом» - роль истеричного покупателя и сыграл роль деревенского изобретателя Бобыля в фильме «Небывальщина».
В 1982 году после съемок в фильме «Голос» Сергей Бехтерев попробовался у режиссера Киры Муратовой на роль в картине «Дети подземелья». Муратова очень удивилась, когда Бехтерев выбрал для проб самую сложную сцену, не утвердила его на роль, но пообещала, что в будущем обязательно снимет его в другом фильме. Позже она каждый сценарий писала с расчетом на него, но Бехтерев был очень занят в театре, и поработать с Муратовой ему довелось лишь спустя двадцать лет.
Бехтерев снялся у Муратовой дважды - в картинах «Чеховские мотивы» и «Настройщик».
В 1985 году Бехтерев сыграл в спектакле «Братья и сестры» роль уполномоченного Ганичева, за которую получил в 1986 году Государственную премию СССР. С этим произведением он столкнулся, еще будучи студентом Льва Додина. Будущие актеры провели лето на родине писателя, познакомившись с бытом и персонажами русской северной деревни. Репетируя материал, актеры Малого Драматического снова ездили на Пинегу, и позже Бехтерев в интервью рассказывал: «Когда начали репетиции «Братьев и сестер», стало понятно, какой путь нами пройден между двумя этими спектаклями. В студенческие годы мы подминали под себя материал, могли кого-то из персонажей вычеркнуть. А тут держались за каждую ремарку...». В результате Ганичев в исполнении Бехтерева точно сошел со страниц абрамовского романа - он был фантасмагоричен и достоверен. Его герой с железными зубами, серой кожей недоедающего человека и постоянно воспаленным сознанием раскулачивал голодные семьи в тот момент, когда у его детей начиналась куриная слепота от голода.
В 1991 году режиссер Дмитрий Светозаров предложил Бехтереву сняться в фильме «Арифметика убийства», разглядев за безобидной внешностью интеллигента огромный скрытый потенциал Бехтерева. За роль инвалида, гения и злодея Алеши Бехтерев получил свою первую международную награду - Приз за лучшую мужскую роль на международном кинофестивале в Валансьене в 1993 году. После этого Бехтерев снимался почти во всех картинах Светозарова. В фильме «Гаджо» он сыграл роль музыканта, влюбленного в цыганку, в триллере «14 цветов радуги» - роль опустившегося интеллигента Лени Самолетова, в драме «По имени Барон» - роль отца главного героя, в сериале «Три цвета любви» — мужа главной героини, в сериале «Фаворский» - роль врача, в «Преступлении и наказании» - роль Лебезятникова. За роль Арона в сериале «По имени Барон» Бехтерев получил приз за «лучшую мужскую роль второго плана» на IV фестивале телевизионных фильмов «Сполохи» в Архангельске. В конце 1990-х годов Сергей Бехтерев снялся в сериале «Улицы разбитых фонарей». Затем последовали роли в популярном сериале «Агент национальной безопасности-2» и многосерийном телефильме «Воспоминания о Шерлоке Холмсе». Он так же снялся в роли Принца Гессенского в исторической ленте Александра Орлова «Любовь императора». При этом Бехтерев не считал себя киноартистом, и говорил, что для него намного важнее работа в театре, чем в кино. Театралам были хорошо знакомы роли Бехтерева в спектаклях: «Дом», «Повелитель мух», «Бесы», «Вишневый сад», «Чайка» и в других постановках.
Сергей Бехтерев много работал на телевидении в циклах передач «Боярский двор», «Студия «Ф», «Маленький спектакль» и «Песенки моего двора». На петербургском радио он в течение более двадцати лет участвовал в радиоспектаклях, читал поэзию и прозу в циклах передач «Мы жили тогда на планете другой... Поэзия русской эмиграции», «Петрополь» и «Петербургские старожилы».
Друзья актера рассказывали, что Бехтерев был крайне доверчивым человеком. Актер лишился своей квартиры, доверившись мошенникам. Первоначально он занял деньги у своих знакомых, чтобы похоронить родственников, но вскоре у него начали требовать деньги обратно, но уже с высокими процентами, и Сергею пришлось отдать им квартиру. Эти же люди предложили Сергею продать квартиру его приемной матери, пообещав купить ему и приемным родителям новое жилье, но завладев средствами, мошенники скрылись в неизвестном направлении. После этого случая театр выделил ему служебную квартиру, из которой Сергею пришлось съехать после того, как в 2002 году актёр ушел из Ленинградского Малого драматического театра. Толчком к уходу из театра стала ситуация с жильем. Сергей начал позволять себе злоупотреблять алкоголем, что отражалась на его работе в театре, и Лев Додин поставил Бехтереву условие – тот должен лечиться. Но Сергей предпочел уйти из театра. Оставшись без работы, Бехтерев долгое время жил у родственников и знакомых. В интервью он рассказывал: «Нельзя находиться в любом государственном учреждении, которое о тебе не заботится. Эти нищенские зарплаты, причем, не только в театре, а везде, во всех сферах. Современный театр не в состоянии достойно содержать артистов. Каждый актер сам себе инструмент, который должен постоянно содержаться в безупречной форме. А поддержание формы стоит денег, которых нет. Ни на поддержание здоровья, которое все-таки ухудшается, ни на что-то другое. Нынешних денег едва-едва хватает, чтобы прокормить себя. В любом государственном учреждении. Театр, которому я отдал лучшие годы, мог бы со мной поступить несколько по-другому. Хотя бы дать время, чтобы найти элементарное жилье. Теперь мне светит одно жилье: два на три на кладбище. Пока же ночую то на вокзалах, то на чердаках, то в подвалах. Собственно, беды уже позади. Меня два раза вынимали из петли, и если я до сих пор жив, то, наверное, Богу угодно, чтобы я еще что-то сделал на этой Земле».
Однажды Сергей познакомился на улице с мальчиком по имени Миша, и впоследствии часто помогал ему и его маме деньгами, видя в Михаиле своего приемного сына. Но, по мнению приемной матери Сергея, Михаил и его мама Жанна видели в Сергее лишь источник дополнительного дохода. В интервью Бехтерев рассказывал: «У меня был приемный сын. Мы поженились с женщиной, художницей. Потом разошлись. Ей было тяжело с двумя детьми, одного сына она взяла к себе, второго оставила мне. Я его воспитывал с 88-го года, любил. Сейчас он живет в Испании, вроде бы собирается жениться. Не знаю, увидимся ли когда».
В 2003 году Бехтерев поставил и сыграл с актрисой Ольгой Обуховской спектакль «Вацлав Нижинский. Повенчанный с Богом» по дневникам русско-польского танцовщика. Продюсеры спектакля рассказывали: «Сергей - великолепный актер, он настолько перевоплощается в образ Нижинского, что каждый раз удивляет даже тех, кто уже видел этот спектакль. Он один своим талантом держит зал в напряжении больше часа. Мало кто из современных актеров на такое способен. А в финальной сцене даже мурашки бегут по коже. Бехтерев гениально показывает, как Нижинский постепенно сходит с ума…»
Бехтерев был настолько доверчив, что мог привести в дом случайных знакомых, которые обкрадывали квартиру, и однажды вынесли даже холодильник с курицей. А когда после успешных гастролей в Японии актер получил гонорар в десять тысяч долларов, то через месяц пришел к друзьям занимать тысячу рублей, так как раздал деньги тем, кто просил, без отдачи. Актриса Ольга Обуховская рассказывала: «Он мог от души подать нищим на улице. Он и не мог быть другим. Потому что он талантливый человек. Наверно, его жизнь могла сложиться как-то иначе… У него же удивительный голос, умение перевоплощаться. Это видно по его работам в кино. Он вообще был ярким актером. К сожалению, в последнее время у него не было хороших ролей. Вот сейчас все будут вспоминать о Сергее очень часто. А если бы столько внимания ему уделяли в последнее время - наверное, он бы еще жил».
В 2008 году врачи обнаружили у Бехтерева запущенный менингит и воспаление легких. Ольга Обуховская рассказывала: «Мы срочно устроили его в Боткинскую больницу. Спасибо, помогли Олег Басилишвили с женой. Благодаря усилиям врачей Сергей прожил еще целый месяц. Еще неделю назад он уже хорошо ел, общался и получше выглядел. И у врачей появилась надежда, и у него, что он будет жить… За этот месяц его навестили все кто хотел, все друзья, однокурсники… Практически каждый день у него были посетители. С ним помирились даже люди, которые не общались с ним долгие годы. Оказалось, что это было прощание».
Свеча зажжена автором записи