Родился 19 мая 1958 г. в Петропавловске-Камчатском.
Впервые снялся в кино в 11 лет в фильме «Удивительный заклад» Леонида Макарычева.
С раннего детства мечтал стать артистом. Рассказывал, что еще 4-летним ребенком хотел сыграть роли Ленина (самого хорошего) и Гитлера (самого плохого).
В 1979 окончил актерское отделение факультета драматического искусства ЛГИТМиКа (сейчас Санкт-Петербургская Академия Театрального Искусства), мастерская Аркадия Кацмана и Льва Додина.
С 1979 года — актер Санкт-Петербургского Государственного Малого Драматического театра, затем - актер Творческого объединения "Арт-Питер".
Известность на театральной сцене Сергею Бехтереву принесла роль Григория в спектакле "Дом", поставленного режиссером Львом Додиным по роману Ф.Абрамова.
В 70-х талант будущего актера раскрыли Лев Додин и Аркадий Кацман, преподававшие в то время в Институте театра музыки и кинематографии. Далее блестящий выпускник становится ведущим актером Малого драматического театра - театра Европы, на сцене которого играет в «Бесах», «Чайке», «Повелителе мух» и других спектаклях. Также Бехтерев пробует себя и в роли режиссера – вместе с бывшими наставниками он готовит постановки «Дом» и «Братья и сестры».
Кинокарьера актера тоже сложилась весьма удачно: более тридцати ролей в любимых фильмах, среди которых «Блондинка за углом», «Чеховские мотивы», «Жизнь Клима Самгина», «Преступление и наказание» и многие другие.
За работу в спектакле "Братья и сестры" Ф.Абрамова Сергей Бехтерев в числе других создателей был удостоен в 1986 году Государственной премии СССР.
Режиссер Дмитрий Светозаров первым разглядел за безобидной внешностью "бледного интеллигента" скрытый потенциал и пригласил Бехтерева сняться в его фильме "Арифметика убийства". За роль Алеши – инвалида, гения и злодея, – Бехтерев получил свою первую (и сразу международную) кинонаграду – Приз за лучшую мужскую роль на МКФ в Валансьене-93.
В 2003 году поставил и сыграл с актрисой и продюсером Ольгой Обуховской спектакль «Вацлав Нижинский. Повенчанный с Богом» по дневникам гениального русско-польского танцовщика.
Сергей Бехтерев говорил, что не считает себя киноартистом, для него основная профессия – это театр. Тем не менее, он снялся более чем в 30 кино– и телефильмах.
Умер 13 ноября 2008 года в Санкт-Петербурге.