Сергей Иванович Танеев родился в городе Владимире 25 ноября 1856 года. Его отец принадлежал к старинному дворянскому роду, который вёл свою историю со времён Ивана Великого. Родители с детства обучали Сергея игре на фортепиано. Когда мальчику было десять лет, его родители переехали в Москву и отдали сына в только что открытое учебное заведение – консерваторию, которую он окончил в 1875 году с золотой медалью.
По окончании консерватории С. Танеев выступал сольно и в составе ансамблей. Бывшие преподаватели не забыли талант своего ученика. В 1882 году П.И. Чайковский доверил ему исполнить партию солирующего инструмента на первом в России представлении своего второго концерта для фортепиано с оркестром. Через много лет, когда Чайковский уже умер, С. Танеев доработал и впервые исполнил его третий концерт. Сергей Иванович исполнял не только чужие, но и собственные произведения. В 1878 году, всего через три года после выпуска, ему доверили преподавание в Московской консерватории.
Помимо собственно музыкальных занятий, Сергей Танеев внёс вклад в смежные сферы знания. Ему принадлежат труды по музыкальной фольклористике и источниковедению, а также важнейший труд «Подвижный контрапункт», в котором выведена математическая формула выведения сложных контрапунктов в полифонической музыке.
С. Танеева на протяжении всей жизни стремился популяризовать музыку за пределами небольшой дворянской среды и безвозмездно занимался с талантливыми учениками из рабочей среды.
В 1906 году Сергей Иванович ушёл из Московской консерватории и принял участие в создании принципиально нового учебного заведения – Народной консерватории. Эта консерватория принимала людей независимо от наличия предварительной подготовки, а обучение в ней было сориентировано на народные традиции. Среди учеников Сергея Танеева были Сергей Рахманинов, Александр Скрябин и др.
Умер С. И. Танеев в 1915 году. Могила композитора находится на Новодевичьем кладбище.