Советский физик, основатель научной школы физической оптики в СССР, действительный член и Президент Академии Наук СССР в период с 1945-го по 1951-й год. Лауреат четырёх Сталинских премий, первый Председатель Всесоюзного Общества «Знание».
Родился в Москве, в 1891 году, в семье преуспевающего коммерсанта. Обучался в коммерческом училище, а затем в Московском университете, на физико-математическом факультете.
Ещё будучи студентом публиковал научные работы, поэтому по окончании учёбы, получив диплом первой степени, получил предложение остаться в университете с целью подготовки к получению профессорского звания, которое отклонил в знак протеста против реакционной политики тогдашнего Министра просвещения Л.А. Кассо.
Участник Первой Мировой войны. В 1918—1932 годах работал в МВТУ (доцент, профессор), где читал курсы физики и теоретической светотехники, заведовал отделением физической оптики в Институте физики и биофизики Наркомздрава РСФСР, созданном и возглавляемом П. П. Лазаревым. Преподавал в Московском высшем зоотехническом институте (профессор) и в Московском государственном университете (приват-доцент, профессор, заведующий кафедрой). В 1919 году сдал экзамен на степень магистра физики при Московском университете.
17 июля 1945 года избран президентом АН СССР, сменив на этом посту В. Л. Комарова. 6 марта 1947 года вошёл в первый состав учёного совета физико-технического факультета МГУ (в дальнейшем — МФТИ).
С. И. Вавилов был популяризатором науки, инициатором создания Всесоюзного общества по распространению политических и научных знаний (в последствии Всесоюзное Общество «Знание») и первым его председателем (1947—1951); во многом именно его усилиями имя М. В. Ломоносова утвердилось как символ российской науки, по его предложению в структуре АН СССР был организован музей М. В. Ломоносова. В 1927—1934 годах принимал участие в составлении «Технической энциклопедии» в 26-и томах.
Основным направлением в науке для С. И. Вавилова были исследования в области физической оптики, в частности явления люминесценции. В 1925 году провёл ряд опытов, в ходе которых было обнаружено уменьшение показателя поглощения уранового стекла при больших интенсивностях света. Наблюдаемый эффект лёг в основу нелинейной оптики. Ввёл понятие квантового выхода люминесценции и исследовал зависимость этого параметра от длины волны возбуждающего света (закон Вавилова). Исследовал явление поляризации люминесценции, стал основоположником нового направления — микрооптики, много сделал для развития нелинейной оптики. Вместе со своим аспирантом П. А. Черенковым в 1934 году открыл эффект Вавилова — Черенкова, за что Черенков в 1958 году, уже после смерти Вавилова, был удостоен Нобелевской премии. Сам С. И. Вавилов был номинирован на Нобелевскую премию два раза (в 1957 и 1958 годах).