Сергей Удальцов родился в семье известных деятелей советской эпохи. Его прадед Иван Дмитриевич Удальцов – из дворянского рода, после окончания в 1903 году 1-й Московской гимназии поступил на юридический факультет Московского университета. В 1905 году Иван Удальцов вступил в РСДРП(б) – Российскую социал-демократическую рабочую партию (большевиков), принимал активное участие в Первой русской революции 1905–1907 годов, за что в 1907 году был арестован и отчислен из университета. Выйдя на свободу, Иван Удальцов уехал в Германию, где продолжал учебу в университетах Фрейбурга, Лейпцига и Мюнхена. После возвращения на родину он был призван на воинскую службу, служил в чине рядового, демобилизован в 1911 году. После этого сдал экстерном экзамены в университете, получил диплом I степени, занимался юридической практикой. Участвовал в Первой мировой и Гражданской войнах; в 1921 году был направлен на работу в Московский университет. Здесь он стал деканом факультета общественных наук, а с 1928 по 1930 год являлся ректором Московского университета. После преобразования факультета международных отношений в 1944 году в Институт международных отношений И.Д. Удальцов стал его первым директором.
Не менее примечательна судьба деда Сергея Удальцова – Ивана Ивановича Удальцова. Он был видным советским историком-славистом и дипломатом. Окончив Московский государственный университет, он был сотрудником Института славяноведения АН СССР, затем его директором. В разные годы работал в аппарате ЦК КПСС, в том числе заместителем заведующего Идеологическим отделом, занимал пост председателя правления Агентства печати «Новости», позже был советником-посланником посольства СССР в Чехословакии, Чрезвычайным и полномочным послом СССР в Греции.
Сергей Удальцов родился 16 февраля 1977 года в Москве. Еще в студенческие годы Удальцов занялся политикой. В 1997 году он примкнул к движению «Трудовая Россия», возглавляемому Виктором Анпиловым, впоследствии вошел в исполком движения.
В 1998 году Удальцов стал главой «Авангарда красной молодежи» (АКМ), который в тот период являлся молодежным крылом «Трудовой России». В СМИ подчеркивалась готовность АКМ на информационном поле вступить в схватку со всеми «носителями деструктивной буржуазной идеологии» (в частности, с избирательным блоком Союз правых сил).
В 2004 году Удальцов, покинувший к тому времени ряды движения «Трудовая Россия», стал членом возглавляемой Олегом Шениным восстановленной Коммунистической партии Советского Союза (КПСС) и как лидер АКМ вошел в состав ЦК партии. В 2005 году политик фигурировал в прессе как юрист газеты «Гласность».
В сентябре 2005 года Удальцов поддержал идею создания «Левого фронта» (ЛФ), в процессе формирования которого он участвовал в 2006–2008 годах. В итоге к 2008 году «Левый фронт» (www.leftfront.ru) объединил большую часть внесистемных левых организаций России, в том числе – представителей АКМ, РКСМ, РКРП-РПК, РКП-КПСС, «Трудовой России», Ассоциацию марксистских организаций. На учредительном съезде «Левого фронта» 18 октября 2008 года Удальцов был избран в Совет ЛФ, стал членом Исполкома ЛФ и координатором организационного отдела.
В феврале 2010 года состоялся учредительный съезд политической партии «Российский объединенный трудовой фронт» (сокращенно «РОТ ФРОНТ» или «Трудовой фронт»), созданной на основе движения «Левый фронт» и Российской коммунистической рабочей партии (РКРП). На съезде были приняты программа и устав организации, избраны ее Центральный комитет и Политсовет, куда вошел и сам Удальцов. В июле того же года Минюст отказал партии «РОТ ФРОНТ» в регистрации и до октября 2011 года еще пять раз отклонял заявку по формальным основаниям. В октябре 2011 года «РОТ ФРОНТ» подал жалобу на Минюст в Европейский суд по правам человека.
В начале мая 2011 года, незадолго до старта кампании по подготовке к выборам в Госдуму, премьер-министр Владимир Путин объявил о создании Общероссийского народного фронта, в котором кроме единороссов могли участвовать и те, кто не состоят в «Единой России». В ответ на это 22 мая незарегистрированные оппозиционные партии сформировали собственное объединение – Комитет национального спасения, в который вошли представители партии «РОТ ФРОНТ», «Левого фронта», партии «Другая Россия» Эдуарда Лимонова, а также партии «Родина: здравый смысл» Михаила Делягина.
С конца 90-х годов началось активное участие Сергея Удальцова в уличных протестных выступлениях. Пропагандируя идеи социализма, он отмечал, что в период экономического кризиса необходимо опираться не только на парламентские методы работы, но и максимально развивать уличное направление, непарламентское.
С 2009 года Удальцов выступал как один из организаторов акций «День Гнева», в которых принимали также участие различные экологические и общественные объединения, в том числе Движение в защиту Химкинского леса, Федерация автовладельцев России (ФАР), движение «Однодольщики».
Удальцов неоднократно задерживался милицией (полицией) в связи с проведением различных акций протеста, а также подвергался административному аресту за участие в них. Всего Сергей Удальцов более ста раз подвергался задержаниям и провел под арестом в общей сложности около года.
10 августа 2011 года международная правозащитная организация Amnesty International признала Удальцова узником совести, однако задержания продолжались.
Так, в день выборов в Государственную думу 4 декабря 2011 года он был задержан и приговорен к 5-суточному аресту. Объявил сухую голодовку и был госпитализирован. Уехав из больницы после выписки, Удальцов был вновь задержан и приговорен к 15-суточному, а по его окончании – 10-суточному сроку административного ареста. Во время последнего процесса ему стало плохо, и он был доставлен в больницу прямо из зала суда.
Сергей Удальцов стал главным организатором «Марша миллионов» 6 мая 2012 года. Участники многотысячной акции успешно провели шествие, но на подходе к Болотной площади напротив кинотеатра «Ударник» возник конфликт с полицией. Это произошло из-за того, что участники шествия оказались зажаты между цепями полиции и рамками металлоискателей, через которые осуществлялся проход на площадь. Удальцов и Алексей Навальный объявили «сидячую забастовку», требуя обеспечить беспрепятственный проход граждан на площадь. Однако некоторые участники шествия попытались прорвать цепи полиции, после этого начались столкновения граждан и полицейских, произошли массовые задержания участников акции, – Удальцова задержали прямо на сцене митинга.
Выйдя из полицейского участка, Удальцов в последующие дни принял активное участие в протестных «гуляниях», проведенных в столице оппозиционерами и также сопровождавшихся массовыми задержаниями, – с 6 мая по 9 мая Удальцова задерживали трижды.
7 мая он был оштрафован судом на тысячу рублей за «неподчинение законным распоряжениям сотрудников полиции».
5 октября 2012 года телекомпания НТВ показала документальный фильм «Анатомия протеста-2», главным персонажем которого был Сергей Удальцов. В этом фильме фигурировала встреча, которая происходила во второй половине июня 2012-го в жилом помещении в Минске, Белоруссия, участие в которой принимал глава комитета парламента Грузии по обороне и безопасности Гиви Таргамадзе, консул Грузии в Молдавии Михаил Иашвили и трое их помощников; с российской стороны, кроме Удальцова, присутствовал его помощник Константин Лебедев и Леонид Развозжаев; речь на встрече велась о финансировании протестного движения из-за рубежа, подготовке в России массовых беспорядков и заговоре по свержению власти в стране на деньги из-за рубежа. По фактам, показанным в фильме, СК РФ была возбуждена доследственная проверка, и 10 октября Удальцов давал показания на допросе. Журналисты НТВ отправили в Следственный комитет запись передачи, однако оригинал записи, якобы полученный от неизвестного грузина на улице, был утерян. Поэтому следователи провели фоноскопическое исследование, которое, по их словам, подтвердило, что голос Таргамадзе на пленке подлинный. По голосу Удальцова фоноскопическое исследование не проводилось, равно как не проводилось исследование на предмет монтажа в фильме. А сотрудник НТВ, дававший показания в Мосгорсуде по делу Удальцова, подтвердил факт монтажа в фильме посредством наложения звука на картинку.
17 октября Следственный комитет РФ (СКР) признал подлинность беседы Удальцова, показанной в фильме, и возбудил против него уголовное дело. Его, а также его соратника Константина Лебедева и других оппозиционеров обвинили в подготовке массовых беспорядков (предполагается, что в качестве объекта акций был выбран г. Калининград), в их квартирах прошли обыски. Лебедев был задержан, а Удальцов допрошен и отпущен под подписку о невыезде.
Удальцов заявил, что голос, вероятно, его, но запись нарезана из разных эпизодов.
26 октября 2012 года ему были предъявлены обвинения в подготовке массовых беспорядков, принято решение об оставлении Удальцова под подпиской о невыезде.
26 декабря 2013 года состоялось первое заседание суда по данному делу. На процессе все так называемые доказательства Следственного комитета были разбиты показаниями свидетелей. Выяснилось, что к «подготовке массовых беспорядков» Удальцов отношения не имел, так как не имел отношения ни к организации «боевых лагерей» в Латвии, ни к организации Белого лагеря, и даже главный свидетель обвинения Константин Лебедев полностью поменял свои показания в суде, рассказав, что никаких массовых беспорядков они на самом деле не готовили, обвинив в происшедшем на Болотной «либеральную хунту». Тем не менее все эти доводы судом были проигнорированы.
9 июля 2014 года Удальцов выступил в суде с последним словом, где заявил о недоказанности своей вины и о том, что массовых беспорядков 6 мая 2012 года не было.
24 июля 2014 года Мосгорсуд признал Сергея Удальцова виновным в организации массовых беспорядков и приговорил к 4,5 годам лишения свободы. Удальцов был взят под стражу в зале суда. Сразу после этого оппозиционер, которого отправили в СИЗО-1 («Матросская тишина»), в знак протеста против приговора объявил голодовку, которую прекратил через 26 дней. Срок заключения отсчитывается с 9 февраля 2013 года, когда Удальцов был помещен под домашний арест, и истекает в августе 2017 года.
Сергей Удальцов женат; двое сыновей – 2002 и 2005 года рождения. Жена – Удальцова Анастасия Олеговна – юрист, пресс-секретарь «Левого фронта».