Сергей Кара-Мурза родился в семье советского китаеведа — Кара-Мурзы Георгия Сергеевича. По национальности русский. В начале Великой Отечественной войны отец ушёл добровольцем на фронт, а семья вместе с Сергеем была эвакуирована в Казахстан.
В 1956—1961 годах учился на химическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова, после окончания которого занимался научной деятельностью как химик.
В 1961—1968 годах — аспирант и сотрудник Института химии природных соединений АН СССР, затем Института органической химии АН СССР, в котором в 1966 году защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата химических наук.
В 1966—1968 и 1970—1972 годах С. Г. Кара-Мурза был командирован и работал на Кубе. После работы на Кубе перешёл в гуманитарную сферу и стал изучать вопросы научной политики.
В 1968—1990 годах работал сотрудником, руководителем отдела, заместителем директора Института истории естествознания и техники АН СССР. В 1983 году в этом институте защитил докторскую диссертацию по истории и методологии науки и техники. Тема диссертации — «Роль исследовательских методов в формировании современной органической химии и биохимии».
В 1986—1991 годах входил в группы экспертов ЦК КПСС по организации науки. В 1988 году получил звание профессора. В 1990—2000 годах работал главным научным сотрудником, начальником сектора устойчивого развития аналитического центра по научной и промышленной политике Министерства науки и промышленности Российской Федерации (АН СССР, Госпромкома, РАН).
В 1992 году сотрудник Аналитического центра РАН по проблемам социально-экономического и научно-технического развития.
В 2004 году — начальник сектора устойчивого развития аналитического центра Министерства науки и промышленности Российской Федерации.
В 2005 году — начальник сектора общих проблем устойчивого развития Российского исследовательского института экономики, политики и права в научно-технической сфере. В этом качестве 25 октября 2005 года с докладом «Социокультурный код российской цивилизации. Технологии сборки и демонтажа народов» участвовал в конференции «Духовные основы российской цивилизации: горизонты третьего тысячелетия», организованной Российским фондом развития высоких технологий совместно с Институтом философии РАН и Институтом рефлексивных процессов и управления.
В годы перестройки был привлечен к анализу систем, выходящих за рамки науки.
Читал лекции в университетах Испании (1988—1996 гг.), в 1989—1990 гг. работал приглашенным профессором университета Сарагосы. Двоюродный брат члена Федерального политсовета СПС политолога Алексея Алексеевича Кара-Мурзы и телеведущего Владимира Алексеевича Кара-Мурзы, дядя журналиста и политика Владимира Владимировича Кара-Мурзы.
Перу Кара-Мурзы принадлежит более 50 статей по химии, статьи по истории и методологии науки, науковедению, книги «Проблемы организации науки» (1981), «Основы науковедения» (1985, в соавторстве), «Технология научных исследований» (1989) и другие.
С. Г. Кара-Мурза привлекался Администрацией президента России для чтения специальных лекций российским студентам. Как политолог выступал на слёте проправительственного молодёжного движения «Наши» на озере Селигер.
Свободно владеет испанским языком.
Более всего Сергей Кара-Мурза известен работами об обществе, особенно об общественном сознании. Представитель левопатриотической мысли, защитник идеалов коллективизма, «традиционного» идеократического общества и рационального мышления. В целом Кара-Мурза положительно относится к историческому опыту СССР, критикуя марксизм с позиций, близких к Антонио Грамши и народничеству. Первые публикации в СМИ появились при активной поддержке В.В Кожинова.
В современной политической жизни России он выступает за блок «красных и демократов», видит опасность для независимости страны в возможном сценарии «оранжевой революции». Уважительно относится к религии, достаточно тепло отзывается о православии. По его мнению, Владимир Путин «стал символом России и выполнил необходимую для спасения страны миссию. Уже из-за этого он вошел в число исторически значимых политиков, достойных памяти и уважения».
Являясь противником внедрения в образовании западной системы школ двух коридоров: школу для элиты, получающей образование университетского типа и школу для массы, дающую «мозаичную культуру», последовательно и аргументировано отстаивает единую общеобразовательную школу университетского типа, дающую целостное представление об окружающем нас мире. (Советская цивилизация, т.2) .
К числу фундаментальных публицистических работы С. Г. Кара-Мурзы относятся книги: «Манипуляция сознанием», «Демонтаж народа», «Потерянный разум».
В 2003 году вышла книга «Царь-холод, или Почему вымерзает Россия» (в соавторстве с С. Телегиным), в которой рассматриваются кризисная ситуация в теплоснабжении России и перспективы реформирования этой жизненно важной отрасли. Кара-Мурза приходит к выводу, что либеральные реформаторы не способны как создать новую систему теплоснабжения на рыночных началах, так и поддерживать работоспособность старой системы, унаследованной от СССР. Доктор экономических наук Олег Пчелинцев назвал книгу «серьёзной работой».
С. Г. Кара-Мурза — критик насаждения в России либеральных ценностей. Комментаторы С. Г. Кара-Мурзы, в частности отмечают следующее высказывание автора: «Свою приверженность ценностям иной культуры и цивилизации наши реформаторы оправдывают тем, что якобы либерализм — высшее достижение мировой культуры, что он основан на общечеловеческих ценностях и отвечает „естественным“ потребностям человека. А Россия, мол, уклонилась от столбовой дороги цивилизации, и теперь ей приходится расплачиваться за свою ошибку и наверстывать упущенное через болезненные реформы». С. Г. Кара-Мурза критикует курс экономического развития России:
В рамках экспертной дискуссии «Проекты для России», проводимой «Российской газетой» в 2005 году, Сергей Кара-Мурза представил так называемый «Новый советский проект». В данной дискуссии автор, в частности, отметил, что шанс либерализации в стране утрачен и стоит оглянуться в прошлое. Кара-Мурза считает, что для России единственно возможным путем развития как в начале двадцатого века, так и сейчас является советский проект. Политолог считает, что новый проект должны строить «люди, любящие СССР». Его оппонентами выступили, в частности, публицист Егор Холмогоров и представитель партии «Союз правых сил» Леонид Гозман.
Статьи С. Г. Кара-Мурзы на тему манипуляции сознанием и другие темы часто публикуются в газете «Точка Ру» (главный редактор Шабунин Е. В.).
17 января 2010 года прокуратура Нижегородского района г. Н.Новгорода, по результатам рассмотрения обращения г-на Левина Л. Б. о противоправных действиях составителя (Кара-Мурза С. Г.) и издателя (издательство «Алгоритм») книги «Евреи и социализм (200 лет вместе)», направило материалы проверки в следственный орган для решения вопроса об уголовном преследовании.
Авторы пишут, что, несмотря на сравнительные улучшения в экономике в 2000-х годах (рост ВВП, объёмов производства и т. п.), не удалось остановить массивные негативные процессы, запущенные в 1990-е годы: износ основных фондов (в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, жилом фонде и коммунальной инфраструктуре) и деиндустриализацию. Однако власти, считают авторы, смогли притормозить и «подморозить» эти процессы.
С другой стороны, полагает Кара-Мурза, практически нереален возврат к плановой экономике и принятие программы восстановления, подобной проводившейся в СССР после 1945 года. Причинами этого он называет подорванный научно-технический потенциал, сложность промышленных производств, наличие части общества (около 7-10 %), которая получила собственность через приватизацию и которая будет активно сопротивляться, наличие прослойки людей, которые стихийно противятся рынку, однако и не желают возвращения плановой экономики («это деморализованные люди, они наслаждаются хаосом и бездельем»), отсутствие объединяющей силы (типа тотальной партии). Поэтому, как считает Кара-Мурза, необходим некий «гибридный» проект.
1981:
1985:
1989:
1993:
1994:
1995:
1997:
1998:
1999:
2000:
2001:
2002:
2003:
2004:
2005: