Яковлев Сергей Иванович родился в 1862 году в поселке Кушвинского завода Екатеринбургского уезда Пермской губернии.

Жил в Екатеринбурге, где окончил Алексеевское реальное училище (1882). Позже брал уроки у художника Н. М. Плюснина. В 1883–1885 учился на естественном факультете Санкт-Петербургского университета.

Работал в Екатеринбургской магнито-метеорологической обсерватории (1882–1883, 1909–1911). Создавал модели для художественного литья Каслинского завода по заказам В. Г. Дружинина (1890-е). Автор моделей канделябра «В память франко-русского союза», скульптуры «Киргиз на лошади», вешалки «Голова лося» (1899), барельефного портрета А. А. Миславского (1901) и др. Член УОЛЕ в Екатеринбурге (1895–1918), один из инициаторов создания художественного отдела Музея УОЛЕ (1901). Постоянный участник екатеринбургских художественных выставок (1901–1908). В рисунках и живописных полотнах запечатлел природу и быт горнозаводского Урала.

Создал иллюстрации к «Уральским рассказам» Д. Н. Мамина-Сибиряка (1888–1890-е), рисунки для сатирического журнала «Гном» (1906), живописные и скульптурные портреты В. Н. Татищева, А. А. Миславского, великого князя М. Н. Романова и др. Принимал участие в научных экспедициях в Среднюю Азию и на Северный Урал (нач. 1910-х). Работал в Прибайкалье (1920), во Владивостоке (с 1921 г.), иллюстрировал произведения В. К. Арсеньева (1926). Работы хранятся в СОКМ, Объединенном музее писателей Урала и других собраниях.

Яковлев Сергей Иванович умер в 1930 году в Владивостоке.