С. В. Гольдин родился в Ленинграде в семье служащих 28 января 1936 .  В 1958 году окончил геофизический факультет Ленинградского горного института, в 1965 - аспирантуру Института геологии и геофизики. Работал в сейсмических партиях в Томской и Тюменской областях, с 1965 года пять лет руководил лабораторией ЗапСибНИГНИ (г. Тюмень). В 1970 году стал заведующим лабораторией, затем – главным научным сотрудником Института геологии и геофизики СО РАН. С 1971 года – преподаватель НГУ, затем – профессор, заведующий кафедрой геофизики.

В 1996-2003 годах Сергей Васильевич был директором Института геофизики СО РАН. В 1991 году избран членом-корреспондентом РАН, в 1997 – действительным членом Российской академии наук. Кроме того, он был членом Европейской академии наук, членом Американского геофизического союза, вице-президентом Азиатской сейсмологической комиссии.

С. В. Гольдину принадлежит разработка теоретических методов анализа и кинематической интерпретации сейсмограмм. Эти методы были положены в основу многих алгоритмов цифровой обработки данных сейсморазведки, что позволило повысить точность структурных построений при поиске и разведке залежей нефти и газа.

Среди одних из самых известных работ Сергея Гольдина - новая концепция активного геофизического и геодинамического мониторинга сейсмоактивных зон, принципиально новая трактовка физических процессов, происходящих в сейсмическом очаге в процессе подготовки землетрясения.

Сергей Гольдин известен и как участник открытия ряда месторождений нефти на территории Западной Сибири. В годы работы в Сибирском отделении С. В. Гольдин создал еще две научные школы — в области математической теории прямых и обратных задач сейсмики, включая изучение нелинейных эффектов, связанных с распространением сейсмических волн в гетерогенных и флюидонасыщенных средах, и в области изучения физических процессов в сейсмических очагах и прогноза землетрясений.

Научные заслуги отмечены государственной премией РФ в области геофизики (1998), академической премией имени О.Ю. Шмидта и рядом других наград.

С. В. Гольдин был превосходным популяризатором, много публиковался в СМИ, был постоянным автором еженедельника "Наука в Сибири". Его лекции находили живой отклик среди студентов Новосибирского государственного университета и других вузов Сибири. Его приглашали читать лекции в университеты США, Норвегии, Бразилии и Китая.

Автор кн.: Стихи. Не формулы. Новосибирск, "Манускрипт", 1999.

Сергей Васильевич Гольдин скончался в Новосибирске 18 мая 2007 г.