Сергей Николаевич Плеханов родился 26 апреля 1878 года. Происходил из мещан Санкт-Петербургской губернии. Образование получил в Московском реальном училище (полный курс). 1сентября 1898 года поступил на военную службу юнкером рядового звания в Московское пехотное юнкерское училище. 20 декабря 1899 г. был произведен в унтер-офицеры. Из училища (окончил по 1-му разряду) выпущен подпоручиком (ст. 09.08.1899) в 7-й гренадерский Самогитский полк. 13 августа 1899 г. зачислен в списки полка. 

15 августа 1903 года командирован в Николаевскую академию Генерального Штаба для «держания вступительных экзаменов». 10 сентября 1903 г. зачислен в младший класс. Получил звание поручика (ст. 09.08.1903), штабс-капитана (ст. 03.05.1906 – за отличные успехи в науках). 2 июня 1906 г. причислен к Генеральному Штабу и прибыл в штаб 1-й гренадерской дивизии для отбытия лагерного сбора. 23 октября 1906 г. прибыл в свой полк для цензового командования ротой. С 31 октября 1906 г. по 31 октября 1908 г.  командовал 13-й ротой. С.Н. Плеханов был назначен старшим адъютантом штаба 19-го армейского корпуса (26.11.1908-09.09.1912). Получил звание капитана (пр. 06.12.1908- ст. 06.12.1908). Затем он был назначен обер-офицером  для поручений штаба Варшавского ВО.

С мая 1913 г. по сентябрь 1913 г. временно исполнял должность старшего адъютанта Разведывательного отделения. 29 апреля 1914 г. он был назначен исполняющим должность штаб-офицера для поручений при штабе 19-го армейского корпуса. В 1914 г. получил разрешение носить знак Виленского Православного Свято-Духовного братства 3-й степени.

Участник Великой войны. Получил звание подполковника (ст. 06.12.1912) с утверждением в должности. 17 января 1915 г. прибыл на укомплектование штаба 12-й армии и был назначен исполняющим должность начальника Разведывательного управления. 24 января 1915 г. был  назначен старшим адъютантом генерал-квартирмейстера штаба 12-й армии. Получил звание полковника (15.06.1915). 15 августа 1915 г. был назначен исполняющим должность начальником штаба 25-й пехотной дивизии. В январе 1916 г. получил Высочайшее благоволение. 

С апреля по 23 мая 1916 г. находился в эвакуации по болезни. В июле 1916 г. С.Н. Плеханов был назначен командиром 97-го пехотного Лифляндского полка. С полком участвовал в военных действиях в Карпатах и Молдавии на Румынском фронте. Начальник штаба 34-й пехотной дивизии (с 23.04.1917), 8-го армейского корпуса (c 27.07.1917). Награжден Георгиевским оружием (ВП 30.08.1917), получил звание генерал-майора (пр. 1917). Принимал участие в Гражданской войне на юге России. С 31 июля 1918 г. состоял в Донской армии. С августа по ноябрь 1918 г. занимал должность начальника штаба войск Чирского района. 

Скончался в марте 1920 года.