Уроженец Ставрополя, он вместе с семьёй в детстве переехал в Ростов-на-Дону, затем в Березники, где его отец трудился на строительстве химического комбината — одной из крупнейших строек первой пятилетки. Здесь же, на комбинате в Березниках, начал свой трудовой путь и Сергей Фадеев. В 1939 году он был призван в Красную армию, сначала служил на Дальнем Востоке, а затем, в 1943 году, его воинскую часть перебросили на советско-германский Центральный фронт.
Герой Советского Союза С. М. Фадеев. 1945 г.
5 июля 1943 года началось одно из решающих сражений Великой Отечественной войны — битва на Курской дуге. 6 июля красноармеец Фадеев, будучи наводчиком орудия 729-го отдельного истребительно-противотанкового дивизиона 16-го танкового корпуса 2-й танковой армии Центрального фронта, вместе с товарищами принял неравный бой под селом Ольховатка Поныровского района Курской области.
Артиллерийский расчет с. Ольховатка. 1940-е гг.
Командир дивизиона капитан Чаадаев в подписанном им представлении к награде так описал этот бой:
«Наводчик Фадеев во время боя показал себя храбрым, бесстрашным, знающим своё дело бойцом. Все атаки вражеских танков его точной наводкой были отбиты. В бою был ранен, но продолжал оставаться на своём посту до последнего снаряда».
Артиллерийский расчёт метким огнём подбил и уничтожил 11 вражеских танков, в том числе 5 тяжёлых танков. Бойцы отразили автоматным огнём атаку превосходящих сил пехоты противника. В бою 6 июля 1943 года Сергей Фадеев получил серьёзное осколочное ранение, после которого провёл три месяца в госпитале. После госпиталя Фадеев вернулся в строй, но в декабре 1943 года получил опасные для жизни пулевые ранения в грудь и в плечо. Раны были настолько серьёзными, что в апреле 1944 года он был демобилизован по инвалидности.
На огневой позиции в районе Ольховатки. Центральный фронт
Пока он воевал и лечился в госпиталях, по инстанциям ходил наградной лист. За героизм и самоотверженность, проявленные в Курской битве, 8 сентября 1943 года Указом Президиума Верховного Совета СССР красноармейцу С. М. Фадееву было присвоено высокое звание Героя Советского Союза.
После войны Фадеев поселился в городе Куйбышеве (сегодня — Самара), но неоднократно бывал и в Ставрополе, где родился. Тяжёлые ранения дали знать о себе, и в 1952 году в 33-летнем возрасте он умер. Памятник С. М. Фадееву установлен на могиле героя на городском кладбище в Самаре (четвёртая линия, участок захоронений завода имени Масленникова).