Священномученик иерей Сергий Мечев родился в Москве 17 сентября 1892 года в семье известного священника отца Алексия Мечева, настоятеля храма святителя Николая в Кленниках на Маросейке. Батюшка отец Алексий очень любил своего сына Сережу и желал иметь его своим преемником, но он не хотел оказывать на него давления и поэтому дал возможность сыну получить светское образование. В 1910 году Сергей окончил гимназию с серебряной медалью и поступил на медицинский факультет Московского университета. Вскоре он перешел учиться на словесное отделение историко-филологического факультета, которое окончил в 1917 году.
Во время войны в 1914 году Сергей работал на Западном фронте братом милосердия в одном из санитарных поездов. Там же он познакомился со своей будущей супругой, которая также трудилась сестрой милосердия.
Одновременно с учебой в Университете Сергей принимал участие в работе студенческого богословского кружка имени святителя Иоанна Златоустого, организованного наместником Чудова монастыря епископом Арсением (Жадановским). В 1917 году Русской Православной Церковью была создана комиссия по сношению с гражданской властью. В число членов комиссии вошел и Сергей Алексеевич. В этот период ему пришлось часто бывать у Святейшего Патриарха Тихона, который очень его полюбил.
Решение принять священство было связано у Сергея Алексеевича с поездкой в 1918 году в Оптину пустынь, где он получил на это благословение преподобных старцев Анатолия и Нектария.
В 1919 году, по окончании историко-филологического отделения Московского университета, он был рукоположен в диакона, а затем в иерея. Рукополагал его в Даниловском монастыре священномученик архиепископ Феодор (Поздеевский).
Служил отец Сергий вместе со своим отцом в храме на Маросейке. После кончины своего отца, святого праведного Алексия Московского (1923), отец Сергий принял на свое пастырское попечение «покаянно-богослужебную семью», как он называл приход, и окормлял его до самой своей мученической кончины. «Вы мой путь ко Христу, как же пойду без вас», — писал он в 1930 году своим духовным чадам.
Богослужение отца Сергия отличалось от богослужений батюшки Алексия: в нем не было той растворенности в любви, того покаянного плача, но все же оно было прекрасно: в нем была строгость, стройность, сосредоточенность. Проповеди его были насыщены волевым началом так, что, слушая их, нельзя было оставаться пассивным, а хотелось действовать. Духовных чад привлекала его личность, пламенность веры, требовательная, чуткая и неподкупная совесть, отсутствие всяких поз, знание святоотеческого учения, и, наконец, доброта и отзывчивость.
Предвидя мученический подвиг отца Сергия, преподобный старец Нектарий Оптинский как-то раз сказал о нем своей духовной дочери: «Ты знала отца Алексея? Его знала вся Москва, а отца Сергия пока знает только пол-Москвы. Но он будет больше отца».
После захвата обновленцами храмов, лишь единичные приходы в Москве сохранили верность Патриарху Тихону, в числе их были Даниловский монастырь и «Маросейка».
Отец Сергий был до конца верным Русской Церкви. После появления Декларации 1927 года он не поминал митрополита Сергия (Страгородского); правда, позже он глубоко раскаялся в своем отношении к нему.
В 1929 году батюшку арестовали и сослали; в 1932 году закрыли храм на Маросейке.
Отец Сергий был сослан на Север, в маленький городок Вологодской области Кадников. Там в 1933 году последовал повторный арест и осуждение на 5 лет лагерей, которые он отбывал сначала на Кубенском озере на лесопилке, затем на реке Шелексе, затем в Усть-Пинеге. В 1935 году его переводят в Свирские лагеря, на Лодейное Поле, а затем под Рыбинск (станция Переборы), на строительство плотины.
В 1937 году отец Сергий освободился из лагеря. Он поселился в окрестностях города Калинина (Твери) и работал в одной из поликлиник, а дома тайно совершал литургию. К нему постоянно приезжали духовные дети, и он им писал письма: «…Молитесь Господу, просите Его, чтобы снял Он с вас тесноту, замыкание в себе, чтобы получили вы расширенное сердце!» — так он наставлял их.
В это время все единомысленные батюшке архиереи были в лагерях и ссылках. Он же в желании иметь архипастырский покров открыл одному епископу свою церковную позицию и нелегальное положение своей общины. Этот епископ, Мануил (Лемешевский), согласился тайно рукоположить нескольких человек из общины отца Сергия. Вскоре архиерей был арестован и сразу же последовали аресты маросейских прихожан. Отцу Сергию советовали скрыться в Средней Азии, но он отказался оставить своих духовных детей. Около года батюшка скитался без прописки. Летом 1941 года он с некоторыми духовными чадами скрытно проживал в деревне близ Тутаева. Там он каждый день служил литургию. В связи с всеобщей подозрительностью, возникшей с началом войны, местные жители приняли их за немецких шпионов и выдали НКВД.
24 июня / 7 июля 1941 года батюшку арестовали и поместили в Ярославскую тюрьму. После четырех месяцев допросов и пыток, на которых он вел себя очень мужественно, стараясь, чтобы не пострадал никто из общины, в ночь на 24 декабря 1941 / 6 января 1942 года батюшка был расстрелян в тюрьме Ярославского НКВД и захоронен в братской могиле.
Иерей Сергий Мечев был причислен к лику святых новомучеников и исповедников Российских на Юбилейном Архиерейском Соборе Русской Православной Церкви в августе 2000 года для общецерковного почитания. С 2005 года в календарях издательства Московской Патриархии около его имени печатается добавление о принадлежности к Соборам Ростово-Ярославских и Московских святых.