Родился 20 января 1957 г. в Перми.
В 1979 г. окончил Тюменский инженерно-строительный институт по специальности «промышленное и гражданское строительство»
В 1983 г. окончил факультет организаторов промышленного производства и строительства Горьковского инженерно-строительного института.
В 1991 г. окончил Институт экономики в г. Киле (Германия).
В 1979 г. переехал в г. Стрежевой Томской области.
До 1984 г. работал мастером, прорабом, главным инженером, начальником строительно-монтажного управления №3 треста «Томскнефтестрой» производственного объединения (ПО) «Томскнефть».
В 1984-1985 гг. — инструктор промышленно-транспортного отдела Стрежевского городского комитета КПСС.
В 1985 г. был назначен заместителем управляющего трестом «Томскгазстрой».
В 1985-1987 гг. занимал должность заместителя начальника по капитальному строительству нефтегазодобывающего управления «Васюганнефть» ПО «Томскнефть».
В 1987-1989 гг. — секретарь парткома треста «Томскнефтестрой» Стрежевского горкома КПСС.
С 1989 по 1994 г. — управляющий трестом «Томскнефтестрой», первый заместитель начальника управления по производству управления капитального строительства ОАО «Томскнефть».
В 1994 г. был назначен генеральным директором ОАО «Томскгаз» АО «Восточная нефтяная компания».
В 1995-1999 гг. — гендиректор ОАО «Томскгазпром». С 1999 по 2004 г. — президент ОАО «Востокгазпром».
В 1999-2001 гг. — депутат Государственной думы Томской области II созыва.
В 2001-2007 гг. — депутат Государственной думы Томской области III созыва.
В 2004 г. переехал в Краснодар. В том же году занял должность генерального директора ООО «Кубаньгазпром», в 2007 г. переименованное в ООО «Газпром трансгаз Краснодар». Возглавлял компанию до 2012 г.
С 2012 г. — губернатор Томской области. 15 февраля 2012 г. Законодательная дума Томской области наделила его полномочиями руководителя региона по представлению президента РФ Дмитрия Медведева.
21 февраля 2017 г. президент РФ Владимира Путин принял досрочную отставку Сергея Жвачкина с поста губернатора и назначил его временно исполняющим обязанности главы региона. 10 сентября 2017 г. Сергей Жвачкин был избран губернатором Томской области.