Сергей Герасимович родился 14 июня 1951 года в городе Горький в семье военнослужащих.
После школы, с 1968 по 1969 год, работал слесарем-испытателем СКБ завода им. В. И. Ульянова в Горьком.
В 1969 году поступил, а в 1974 году окончил Горьковский политехнический институт. Доктор экономических наук.
После института работал на Горьковском производственном объединении «Завод имени В. И. Ульянова» (с 1993 года — Нижегородское ОАО «Термаль»). Там он проработал 21 год с 1974 по 1995 год, был мастером, начальником производства, заместителем генерального директора, главным инженером и генеральным директором.
В декабре 1995 года 44-летний Митин был избран депутатом Государственной думы РФ II созыва по списку проправительственного блока «Наш дом - Россия». В парламенте стал заместителем председателя комитета по экономической политике.
В ноябре 1997 года сложил полномочия депутата и занял пост заместителя министра экономики Якова Уринсона в правительстве Виктора Черномырдина. Курировал гражданское машиностроение. Сохранил этот пост в кабинете министров Сергея Кириенко (апрель-август 1998 года). Остался заместителем министра экономики после того, как в сентябре 1998 года это ведомство во вновь сформированном правительстве Евгения Примакова возглавил Андрей Шаповальянц. Продолжил работу на этом посту в кабинетах Сергея Степашина (май-август 1999 года) и Владимира Путина (август 1999 года - май 2000 года).
В мае 2000 года Сергей Митин был назначен заместителем министра промышленности, науки и технологий Александра Дондукова в правительстве Михаила Касьянова. В том же году избран сопредседателем Союза производителей нефтегазового оборудования в создании которого принимал непосредственное участие. Сохранил пост заместителя министра и после того, как в октябре 2001 года на место Дондукова пришел Илья Клебанов, а также после того, как в декабре 2003 года Клебанова сменил Андрей Фурсенко.
В марте 2004 года Митин был назначен директором департамента промышленности в возглавляемом Виктором Христенко Министерстве промышленности и энергетики в правительстве Михаила Фрадкова.
В июле 2004 года был назначен заместителем министра сельского хозяйства Алексея Гордеева во втором правительстве Фрадкова, сформированном в мае 2004 года.
В апреле 2005 года, после отставки нижегородского губернатора Геннадия Ходырева, кандидатура Сергея Митина рассматривалась в списке потенциальных кандидатов на пост главы области.
Сергей Герасимович тогда высказался на эту тему: «Если мне предложат возглавить Нижегородскую область, я соглашусь это сделать». Однако в итоге губернатором стал вице-мэр Москвы Валерий Шанцев. По мнению экспертов, сам факт рассмотрения кандидатуры Митина свидетельствовал о том, что он находился в президентском «кадровом резерве».
Член Правительственного совета по нанотехнологиям, образованного в соответствии с постановлением Правительства РФ от 9 июня 2007 года.
3 августа 2007 года президент России Владимир Путин указом «О досрочном прекращении полномочий губернатора Новгородской области» назначил Митина временно исполняющим обязанности губернатора Новгородской области, одновременно удовлетворив прошение о досрочной отставке Михаила Прусака, руководившего регионом с 1991 года.
Президент Путин внёс на рассмотрение Новгородской областной думы кандидатуру Сергея Митина для наделения его полномочиями губернатора области. По мнению наблюдателей, отставка Прусака была вызвана тем, что при нем значительно возросло политическое влияние ряда коммерческих структур. Также отмечалось, что незадолго до ухода Прусака местные УФСБ и прокуратура начали проверку областной администрации.
7 августа 2007 года его кандидатура единогласно была одобрена депутатами областной думы, и он принёс присягу губернатора Новгородской области.
Сергей Митин имеет степень доктора экономических наук. В 2006 году награждён орденом Дружбы. Имеет почётное звание «Заслуженный машиностроитель Российской Федерации». В 2010 году присвоено звание «Почётный Доктор Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии» В 2011 получил звание «Почётный работник агропромышленного комплекса России»