Сергей Николаев не имеет актерского образования. Но это не помешало ему в 1967 году устроиться на киностудию имени М. Горького в качестве рабочего. Несколько лет спустя сам Александр Роу обратил на фактурного молодого человека внимание, пригласив его в актерскую труппу. Впоследствии Сергей окончил во ВГИКе экономический отдел, что позволило ему стать начальником актерского «цеха» и проработать на этой должности почти 20 лет (с 1977 по 1996 год). Сергей Николаев всегда славился своим компанейским характером и добрым нравом, являясь неизменным участником всех творческих вечеров киностудии.
Всего за свою актерскую карьеру Сергей Николаев снялся почти в 50 картинах, нередко появлялся он и в «Ералашах». Самый известный эпизод с участием Сергея — «Бабушка». В той серии легендарная Татьяна Пельтцер заботливо вытирала ему нос, подталкивая на самосвал.
Кинодебют Сергея Николаева состоялся как раз в картине «Варвара-краса…». На кастинге неопытному актеру пришлось конкурировать еще с пятью профессионалами, за плечами которых были и театральный факультет, и успешные роли в кино. Тем не менее, мудрый режиссер решил остановиться на фактурном и забавном Сергее.
Впоследствии Сергей Николаев снялся во многих других фильмах, среди которых наиболее известны картины «Самый сильный», «На златом крыльце сидели», «Солнце в кармане», «Ночь длинных ножей», «Пиры Вальтасара или Ночь со Сталиным», «Женатый холостяк», «Шестой», «Мой муж - инопланетянин», «Игра на миллионы», «Комитет Аркадия Фомича», «Витька Шушера и Автомобиль», «Мастер и Маргарита», «Русский бизнес».
В конце 1990-х актер решил попробовать себя в телесериалах, снявшись в роли Грини в многосерийной картине «Транзит для дьявола».