Родился 12 июля (30 июня по старому стилю) 1876 года в Одессе. В церковной книге Успенской церкви Херсонской духовной консистории в Одессе сделана запись:
Отец принадлежал ко 2-й купеческой гильдии, был строительным подрядчиком. Родители Сергея Уточкина рано ушли из жизни, и он с двумя братьями воспитывались в разных семьях на деньги, оставленные родителями. В детстве испытал шок, в результате чего стал заикой на оставшуюся жизнь.
Сергей Уточкин был одним из первых русских футболистов, выступал за любительскую команду Одесского британского атлетического клуба. В то время футбол культивировался в основном среди иностранцев.
Одним из первых в России освоил роликовые коньки. Занимался джиу-джитсу и боксом.
Будучи спортсменом, наибольших успехов добился как велогонщик. В течение 17 лет неоднократно завоевывал призы как в России, так и за границей. В дальнейшем стал еще и мотогонщиком и автогонщиком.
29 июля 1908 года впервые в Одессе совершил полет на воздушном шаре. Высота полёта — 1200 м.
31 марта 1910 года Уточкин впервые поднялся в воздух на самолёте, став вторым авиатором в России (первым был Михаил Ефимов). Свой первый полёт он осуществил на биплане Фармана, принадлежавшем банкиру С. Ксидиасу. В общей сложности Сергей Уточкин совершил около 150 полетов.
Неоднократно самолеты Уточкина терпели крушение, самая тяжелая авария произошла в июле 1911 года во время перелета из Санкт-Петербурга в Москву. Сергей Исаевич получил многочисленные травмы. Тем не менее, через полтора месяца после аварии он снова вернулся в авиацию.
В 1912 году Сергей Уточкин, совершая публичные полёты в некоторых российских городах, побывал в станице Каменской, приземлившись на Христорождественской площади.
Перенесённые события сказались на душевном здоровье Сергея Уточкина, и с 1913 года он проходил лечение в разных клиниках Санкт-Петербурга.
В последние годы жизни С. Уточкин жил в Санкт-Петербурге, постоянных заработков не имел, периодически зарабатывал игрой на бильярде. В «Синем журнале», издаваемом А. И. Куприным, были опубликованы его воспоминания.
Умер в январе 1916 года от кровоизлияния в лёгкие.
Похоронен на Никольском кладбище Александро-Невской лавры. На могиле установлен надгробный памятник, входящий в Перечень объектов исторического и культурного наследия федерального (общероссийского) наследия, находящихся в г. Санкт-Петербурге.