После окончания с золотой медалью 13-й Петроградской гимназии в 1917 году Сергей Эдуардович Фриш был принят в Петроградский университет на математическое отделение физико-математического факультета. В 1919 году по приглашению Д. С. Рождественского и профессора К. К. Баумгарта в числе двенадцати наиболее способных студентов (В. А. Фок, Е. Ф. Гросс, А. Н. Теренин, Л. В. Шубников и др.) С. Э. Фриш был зачислен в штат только что созданного Государственного оптического института (ГОИ) на должность «лаборанта при мастерских». После окончания Университета в 1921 году (с высшими оценками по всем предметам) был оставлен на факультете. Работая в Университете (1921-1977) и в ГОИ (1919-1939), С. Э. Фриш с 1923 года также вёл семинарские занятия по общему курсу физики в Электротехническом институте.
В 1935 году получил степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации за цикл работ по вопросам спектроскопии, газового разряда и конструирования спектральных приборов. С.Э. Фриш оказал существенное воздействие на развитие современной оптики своими работами 20-30-х годов XX века (открытие эффекта Пашена-Бака, оптические измерения магнитных моментов атомных ядер, созданием научной школы по оптике плазмы.
С.Э. Фриш был одним из организаторов Комиссии по спектроскопии, реорганизованной при нём в Научный совет по спектроскопии АН СССР, председателем Объединённого научного совета по оптике, членом Бюро отделения общей физики и астрономии АН СССР, членом Международной комиссии по спектроскопии при ЮНЕСКО. Он активно способствовал созданию Института спектроскопии АН СССР и состоял членом его Учёного совета. Проблемная лаборатория физики электронных столкновений Ужгородского университета и Проблемная лаборатория Латвийского университета были организованы учениками С. Э. Фриша — И. П. Запесочным и Э. К. Краулиней. В развитии этих лабораторий большую роль сыграли его непосредственное участие и поддержка.
С. Э. Фриш был женат на Александре Васильевне Тиморевой, в соавторстве с которой написал свой широко известный 3-томный «Курс общей физики», по которому училось несколько поколений студентов-физиков. Дочь Марианна Сергеевна Фриш — доцент физического факультета Санкт-Петербургского университета. Два внука, Михаил и Глеб (дети М. С. Фриш), также окончили физический факультет, оба кандидаты физико-математических наук.
Скончался 19 ноября 1977 года, похоронен в посёлке Сиверский, где находится его семейная дача.
Имя С.Э.Фриша присвоено аудитории физического факультета ЛГУ/СПбГУ.
Оптическим обществом имени Д.С.Рождественского в 2000 году учреждена медаль С.Э.Фриша, которой ежегодно награждаются индивидуальные члены общества, организации и учебные заведения (или их подразделения) за выдающиеся заслуги в педагогической деятельности, в совершенствовании оптического образования и популяризацию оптической науки.
Научные работы посвящены вопросам спектроскопии и оптики. С.Э. Фриш открыл частичный эффект Пашена-Бака, факт обращения порядка термов в калии, тонкую структуру оптических функций возбуждения спектральных линий электронным ударом (1954), явление образования фоторезонансной плазмы. Впервые выполнил цикл работ по исследованию сверхтонкой структуры спектральных линий Na, K, Ag, Cu, Ba, Ca и других элементов; разработал методы спектроскопического определения ядерных моментов; установил правило, связывающее значение спина ядер с их чётностью; экспериментально подтвердил предсказание теории о том, что атомы с чётными порядковыми и массовыми номерами лишены магнитного момента, а у других атомов значение механического момента не вытекает из правил сложения. Разработал спектроскопическую методику изучения движения положительных ионов в газоразрядной плазме и измерения температуры ионов. Одним из первых исследовал механизмы возбуждения высоких уровней атомов в плазме, выяснил роль каскадных переходов и ударов второго рода, определил скорости этих процессов. Ввёл в спектральный анализ разряд с полым катодом в качестве источника света. Разработал и внедрил в производство серию спектральных приборов.
С. Э. Фриш опубликовал более 200 научных работ и пять монографий. Автор (совместно с А.В. Тиморевой) трёхтомного «Курса общей физики», выдержавшего 12 изданий.