Сергей родился в 1921 году в Курске в семье рабочего. Окончив 7 классов городской средней школы № 14, поступил в аэроклуб, окончил его и получил путёвку в авиацию. Весной 1939 года добровольно вступил в ряды Красной Армии и был направлен в Качинскую военную авиационную школу пилотов. После года напряжённой учебы, в марте 1940 года, младший лейтенант С. В. Сыромятников убыл на Дальний Восток к месту своей дальнейшей службы. Там его и застало известие о начале войны.

Весной 1942 года 429-й истребительный авиационный полк, в котором служил Сергей, был переброшен на Западный театр военных действий и вошёл в состав ВВС Юго - Западного фронта, войска которого в мае приняли участие в сражении под Харьковом. К июлю 1942 года младший лейтенант Сыромятников совершил 59 боевых вылетов, в воздушных боях сбил 3 истребителя Ме-109.

19 июля в составе группы из 4 самолётов Сергей вылетел на разведку войск противника. Обнаружив мотопехоту шедшую по дороге от Митрофановки на Россошь  ( Воронежская область ), они атаковали неприятеля со стороны солнца. С первого захода подожгли 4 автомашины, но затем противник пришёл в себя и открыл ответный огонь. Очередью из пулемёта машина Сыромятникова была повреждена и мотор заглох. Сергей спланировал в сторону от вражеской колонны и произвёл вынужденную посадку в 1,5 км от неё. К приземлившемуся Як-1 устремились немецкие автоматчики. На помощь ведущему пришёл младший лейтенант Макаров. Он совершил посадку возле самолёта Сергея, втиснул его за бронеспинку своего истребителя и, под прикрытием товарищей, взлетел...

Осенью 1942 года Сыромятников сражался уже на Калининском фронте. Сюда для усиления 3-й Воздушной армии перебазировался с подмосковных аэродромов 1-й истребительный авиационный корпус резерва Ставки Верховного Главнокомандования. В состав одной из его дивизий входил и 875-й истребительный авиаполк, в котором теперь служил Сергей. Полк участвовал в Великолукской операции Калининского фронта, начавшейся 24 ноября 1942 года, в ходе которой лейтенант Сыромятников совершил 49 боевых вылетов и сбил лично 7 самолётов противника.

В конце зимы 1943 года часть сил 1-го ИАК, в том числе и 875-й ИАП, была передана на усиление 6-й Воздушной армии Северо - Западного фронта, войска которого готовились к ликвидации Демьянского плацдарма противника. Эта операция началась 18 февраля и закончилась к марту 1943 года. После перегруппировки и подхода свежих сил Советские войска возобновили наступление с целью прорвать вражескую оборону на левом берегу Ловати и выйти в тыл Ленинградско - Волховской группировки противника.

К середине марта воздушные бои приняли ожесточённый характер. 16 марта особенно отличились пилоты 875-го авиаполка - они провели 6 напряжённых групповых схваток и уничтожили 20 самолётов противника. И в дальнейшем накал боев не угасал. Так 19 марта в воздушных боях было сбито 27 самолётов противника. В этот день в неравной воздушной схватке над преправами у Рамушева и Кобылкина погиб заместитель командира эскадрильи 66-го Гвардейского истребительного авиаполка   ( до 18 марта - 875-й ИАП )  Гвардии лейтенант Сергей Сыромятников. Место падения его самолета так и не было обнаружено...

В своих воспоминаниях Герой Советского Союза генерал - полковник авиации Василий Николаевич Кубарев пишет так:

"Воспитанник Качинского училища, Сыромятников кроме смелости и отваги, обладал отличной техникой пилотирования, большим опытом ведения воздушных боёв. Погиб он, сражаясь с превосходящими силами врага. В тот раз Сыромятников, отвлекая гитлеровцев на себя, дал возможность Игнатьеву пристроиться к хвосту вражеского самолёта.

Сыромятников искусно уходил от огня, дразнил фашиста. Но одна из вражеских очередей всё же достигла цели. Тотчас же загорелся и гитлеровец от меткой очереди Игнатьева. Но было уже поздно. Сыромятников погиб..."

За месяц участия в боях на Северо - Западном фронте он лично уничтожил ещё 5 вражеских самолётов, награждён тремя боевыми орденами. Всего же, за 9 месяцев пребывания на фронте, он совершил 122 боевых вылета, в 65 воздушных боях сбил лично 15 и в группе 5 самолётов противника. Отважный воздушный боец был представлен командованием к высшей награде Родины.

1 мая 1943 года заместитель командира эскадрильи 875-го истребительного авиационного полка  ( 274-я истребительная авиационная дивизия, 1-й истребительный авиационный корпус, 3-я Воздушная армия, Калининский фронт )  Гвардии лейтенант С. В. Сыромятникову посмертно удостоен звания Героя Советского Союза.

Приказом Министра Обороны СССР от 15 июля 1967 года Герой Советского Союза гвардии лейтенант Сергей Васильевич Сыромятников навечно зачислен в списки 1-й эскадрильи Н-ского Гвардейского истребительного авиационного полка.

Награждён орденами: Ленина, Красного Знамени, Отечественной войны 1-й степени, Красной Звезды; медалями.

Имя Героя носили несколько школ в Курской области. 15 сентября 1967 именем Сыромятникова названа улица в городе Курске, на которой он жил. Распоряжением Совета Министров РСФСР от 6 июля 1986 его имя было присвоено Курскому аэроклубу.