Сергій Попов народився 22 квітня 1971 року в Макіївці. Футбольну кар'єру розпочинав у «Новаторі» з Маріуполя, після чого виступав за київський СКА та вінницьку «Ниву». У 1992 році захисник перейшов до донецького «Шахтаря», де досить швидко став одним із основних гравців команди.

У складі «гірників» Попов виступав протягом двох періодів – з 1992-го до 1995 року та з 1998-го до 2004-го. За цей час він провів за донецький клуб 315 офіційних матчів та забив 47 м'ячів. Попов понад сто разів виходив на поле з капітанською пов'язкою. Разом із донецьким клубом він чотири рази вигравав Кубок України – у 1995-му, 2001-му, 2002-му та 2004 роках, а в сезоні 2001/2002 став чемпіоном України. 47 голів Попова залишаються клубним рекордом «Шахтаря» серед захисників. Завершував ігрову кар'єру в запорізькому «Металурзі», за який виступав у 2004-2005 роках. Загалом на клубному рівні захисник провів понад 400 офіційних матчів.

Окремою частиною кар'єри Попова стала збірна України. За національну команду він дебютував у 1993 році та загалом провів 54 матчі, в яких забив п'ять м'ячів. Попов працював у збірній, зокрема, під керівництвом Валерія Лобановського під час відбору до чемпіонату світу 2002 року.

Після завершення кар'єри футболіста Попов залишився у футболі та перейшов до тренерської роботи. Першим місцем роботи стала система «Шахтаря». У 2007-2008 роках він працював із «Шахтарем-3», а згодом перейшов до молодіжної команди клубу, де спочатку Попов був асистентом Валерія Яремченка, а після відходу досвідченого спеціаліста очолив «Шахтар» U21. Під його керівництвом дубль «гірників» двічі ставав чемпіоном України.

Наступним етапом стала робота з юнацькими збірними України. Попов працював із командами різних вікових категорій, зокрема очолював збірні U16 та U17, а пізніше – U19. Цей досвід став продовженням його роботи з молодими футболістами, якою він займався ще в системі «Шахтаря».

На клубному рівні Попов також працював у тренерських штабах «Металіста», луганської «Зорі», полтавської «Ворскли» та «Металіста 1925». У «Зорі» він був асистентом Юрія Вернидуба та Віктора Скрипника, а у «Ворсклі» – асистентом Скрипника. У жовтні 2023 року Попов на короткий період виконував обов'язки старшого тренера юнацької команди «Ворскли».

У 2025 році Попов отримав перший тривалий досвід роботи за межами України. Спочатку він очолив «Алгу» з Бішкека, а влітку того ж року став головним тренером іншого клубу з Киргизстану – «Мурас Юнайтед». Загалом на чолі цих команд у період з березня до середини серпня провів 18 матчів.

Тепер новим етапом тренерської кар'єри Сергія Попова стане робота в ДЮФШ «Динамо» імені Валерія Лобановського, де він працюватиме з юними футболістами.