Окончил Гейдельбергский университет (1914) и естественное отделение физико-математического факультета МГУ (1918). Работал в Физико-химическом институте имени Л.Я.Карпова (1922—1970). С 1938 одновременно заведующий кафедрой синтетического каучука МИТХТ им. М. В. Ломоносова. Принимал активное участие в организации Среднеазиатского университета в Ташкенте, заведовал Центральной химической лабораторией при Узбекском совете народного хозяйства. Главный редактор журнала «Высокомолекулярные соединения» АН СССР (1970).
Научные работы посвящены в основном исследованию механизмов реакций окисления, радикальной и ионной полимеризации. Сергей Сергеевич, доказав, что полимеризация — цепной процесс, тем самым заложил основы теории полимеризации. Работы С. С. Медведева сделали возможной разработку промышленных методов синтеза многих полимеров.