Родился в городе Скопин Рязанской области (Россия). Окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе с дипломом 1-й степени. С 1922 г. В Красной Армии.

  До войны на руководящих должностях в Харьковском военном округе. С начала Великой Отечественной войны командир 132-й стрелковой дивизии, затем начальник штаба армии Брянского фронта, 2-й гвардейской армии Сталинградского (впоследствии Южного) фронта, командующий 37-й армией и главный военный советник Болгарской армии. Участвовал в Донбасской операции, освобождении Крыма, Ясско-Кишинёвской операции, взятии Белграда. В послевоенный период Бирюзов на военных руководящих постах, в том числе главнокомандующий Центральной группой войск (Австрия, Венгрия), главнокомандующий войсками противовоздушной обороны и одновременно заместитель министра обороны СССР, главком ракетных войск стратегического назначения, начальник Генштаба Вооружённых Сил СССР, первый заместитель министра обороны.

  Погиб в авиационной катастрофе вблизи города Белград, на горе Авала. Урна с его прахом помещена в Кремлёвскую стену на Красной площади в Москве.

  Награждён орденами: пятью Ленина, тремя Красного Знамени, Суворова  I и II степени, Кутузова I степени, Богдана Хмельницкого I степени, медалями, иностранными орденами.

  Именем С. С. Бирюзова в 1964 г. названа улица во Фрунзенском районе. На доме № 13 установлена мемориальная доска.

  На улице расположена средняя школа №16.

 С начала Великой Отечественной войны командир 132-й стрелковой дивизии, затем начальник штаба армии Брянского фронта, 2-й гвардейской армии Сталинградского (впоследствии Южного) фронта, командующий 37-й армией и главный военный советник Болгарской армии. Участвовал в Донбасской операции, освобождении Крыма, Ясско-Кишинёвской операции, взятии Белграда. В послевоенный период Бирюзов на военных руководящих постах, в том числе главнокомандующий Центральной группой войск (Австрия, Венгрия), главнокомандующий войсками противовоздушной обороны и одновременно заместитель министра обороны СССР, главком ракетных войск стратегического назначения, начальник Генштаба Вооружённых Сил СССР, первый заместитель министра обороны.

1 февраля 1958 года присвоено звание Герой Советского Союза.

Бирюзов Сергей Семёнович // Герои Советского Союза : краткий биографический словарь : [в 2 т.] / Министерство обороны СССР, Главное управление кадров, Институт военнной истории, Центральный архив ; [А. А. Бабаков (руководитель) и др.] ; редколлегия: И. Н. Шкадов (председатель) [и др.]. — Москва : Воениздат, 1987. — Т. 1. — С. 163.

Бирюзов Сергей Семёнович //  Их именами названы... Улицы Минска : энциклопедический справочник / [редколлегия: В. В. Андриевич (главный редактор) и др.]. — Минск : Беларуская Энцыклапедыя, 2014. — С. 39.

Бирюзов Сергей Семёнович // Минск : энциклопедический справочник / Белорусская Советская Энциклопедия ; [редколлегия: И. П. Шамякин (главный редактор) и др.]. — Изд. 2-е, дополненное и переработанное. — Минск : Белорусская Советская Энциклопедия, 1983. — С. 103.