Сергей Иванович Вавилов родился в Москве 24 марта 1891 года. Отцом Сергея Ивановича был коммерсант, торговец мануфактурой. В их семье было четверо детей. Старший, Николай Вавилов, стал впоследствии известным ученым-генетиком, а Сергей выбрал физику.
В 1909 году Сергей Иванович Вавилов окончил Московское коммерческое училище и поступил в Московский университет. Со второго курса начал вести исследовательскую работу.
В 1914 году началась первая мировая война, и Вавилов оказался на фронте, где пробыл до февраля 1918 года. Он служил в инженерных частях и даже на фронте занимался научной работой, закончив экспериментально-теоретический труд по вопросу о частоте колебаний нагруженной антенны.
После возвращения в Москву Вавилов занялся оптикой. В двадцатые годы написал первые научно-популярные книги и перевел на русский язык «Оптику» Ньютона. С 1922 года он исследовал явление люминесценции. Впоследствии эти исследования привели к разработке ламп дневного света, широко применяющихся до сих пор.
В 1933 году был открыт новый вид свечения, впоследствии названный «излучение Вавилова-Черенкова». За это открытие группа ученых под руководством Вавилова получила Сталинскую премию. В 1931 году Сергея Ивановича избрали членом-корреспондентом Академии Наук СССР, в 1932 году – ее действительным членом, а в 1945 – президентом АН СССР.
За свою жизнь Сергей Иванович Вавилов написал более 150 научно-популярных работ. Под его руководством было создано общество «Знание», печатным органом которого стал журнал «Наука и жизнь». В 1949 году Вавилов назначается главным редактором второго издания Большой Советской энциклопедии.
Работу над энциклопедией академику не удалось завершить. Он скоропостижно умер 25 января 1951 года.
В 1958 году за работу, начатую вместе с Вавиловым, Тамм, Франк и Черенков стали лауреатами Нобелевской премии по физике.