Родился в селе Борисоглебское(в настоящее время село Обжериха) Костромской губернии (в настоящее время Ивановская область) в семье священника. Как и его отец окончил Костромскую духовную семинарию (в 1878 г). Поступил на естественное отделение физико-математического факультета Казанского университета. Будучи студентом работал в лаборатории А. М. Зайцева. В 1882 г. окончил университет с золотой медалью и степенью кандидата. Дипломной работой стало «Исследование углеводорода СЮН 18, получаемого из аллилдипропилкарбинола».
В период 1882—1889 работал в альма-матер. С 1882 г. — хранитель музея лаборатории А. М. Зайцева. В 1889 г. С. Н. Реформатский защитил диссертацию по теме «Предельные многоатомные алкоголи» на степень магистра.
Продолжил образование под руководством В. Мейера в Геттингене и Гейдельберге, и В. Ф. Оствальда в Лейпцигском университете (1889—1890). Работа за границей была посвящена в основном докторской диссертации на собственную тему в направлении исследований Бутлерова-Зайцева, касающихся способа синтеза третичных спиртов.
В 1887 г. открыл способ получения ?-оксикислот взаимодействием сложных эфиров ?-галогензамещённых карбоновых кислот и альдегидов в присутствии цинка. Способ впоследствии получил название реакции Реформатского. На основе реакции впоследствии были получены ?-кетокислоты и непредельные органические соединения. Реакция была положена в основу искусственного синтеза Витамина А и его производных. Даже после открытия в 1900 г. Гриньяром более удобного метода получения органических соединений, ранее получаемых по методу Бутлерова, метод Реформатского сохраняет своё значение до сих пор. В современной химической литературе описываются случаи синтезов органических соединений (в т. ч. витаминов и гормонов), для которых реакция Гриньяра не давала положительных результатов, а реакция Реформатского, напротив, давала искомые соединения.
В 1889 г. публикует серию научных работ в области получения многоатомных спиртов.
После возвращения из зарубежной командировки С. Н. Реформатский при Варшавском университете блестяще защитил в 1890 г. докторскую диссертацию на тему «Действие смеси цинка и монохлоруксусного эфира на кетоны и альдегиды».
С 1891 избран профессором Киевского университета. С этого же года - профессор Киевских высших женских курсов.
В 1892 г. изучил восстановление третичных спиртов до углеводородов.
В 1931—1934 провёл исследования в области получения натурального каучука из растений.
Дважды избирался председателем физико-химического общества Киевского университета (1910—1916 и 1920—1933).
С. Н. Реформатский — родоначальник киевской школы химиков-органиков. Среди его учеников: Я. И. Михайленко, В. Яворский, Е. Гришкевич-Трохимовский, М. Л. Жданович.
Является автором учебника «Начальный курс органической химии» (с 1893 выдержал 17 изданий).
С. Н. Реформатский был одним из секундантов на дуэли двух известных профессоров Киевского университета — терапевта В. П. Образцова и патофизиолога В. К. Линдемана. Их ссора возникла из-за супруги Линдемана, в которую влюбился коллега. Вызов произошёл на заседании совета университета, что исключало возможность полюбовного разрешения ссоры. В связи с тем, что Образцов не был стрелком, а Линдеман слыл хорошим охотником, результат поединка не вызывал сомнений. Сложившейся ситуацией были озадачены на только друзья и коллеги, но и генерал-губернатор, поскольку речь шла о возможном скандале — гибели крупнейшего терапевта страны. Считается, что находчивость друзей позволила обойтись без жертв. Расстояние между стрелявшими (по правилам — не менее 15 шагов) мерял секундант Образцова — Реформатский, который из-за своего роста (215 см) широко шагал, что позволило почти вдвое увеличить дистанцию. Секундант Линдемана, в свою очередь, заменил пули пыжами.