Родился в селе Виндрей Спасского уезда Тамбовской губернии (ныне Торбеевский район, Республика Мордовия) в крестьянской семье. Русский. В 1930 году с матерью переехал в Москву, где поступил в школу. После окончания средней школы, начал военную службу в 1940 году, поступив в Высшее военно-морское училище имени М.В. Фрунзе. После окончания одного курса военно-морского училища, в июле-декабре 1941 года участвовал в боях за Ленинград в составе объединённого стрелкового батальона курсантов 3 бригады морской пехоты. Был награждён за участие в обороне Ленинграда во время блокады. В декабре 1941 года был ранен и эвакуирован из блокадного Ленинграда. После выздоровления направлен в Астраханское пехотное училище, которое закончил в октябре 1942 года. С ноября 1942 по июнь 1943 года в должности старшего адъютанта проходит службу в 197-м армейском запасном стрелковом полку 28-й армии. С июня 1943 по июль 1944 адъютант, начальник штаба мспб 140-й тбр. С июля 1944 года командовал батальоном автоматчиков 14-й самоходно-артиллерийской бригады. В 1945 году окончил Высшую офицерскую школу самоходной артиллерии бронетанковых и механизированных войск Красной Армии. В годы Великой Отечественной войны воевал на Ленинградском, Сталинградском, Южном и 4-м Украинском фронтах. После войны, с июня 1945 года был заместителем командира, а затем командиром танкового батальона, начальником штаба и командиром танкового полка (с июля 1952 по август 1955 года). С декабря 1957 года заместитель командира, начальник штаба, а с декабря 1960 года командир танковой дивизии в Белорусском военном округе. С апреля 1964 года командир учебной танковой дивизии. В 1952 году окончил Военную академию бронетанковых и механизированных войск и в 1967 году Военную академию Генерального штаба ВС СССР. С июля 1967 года по октябрь 1968 года — начальник штаба 8-й танковой армии. С октября 1968 года по май 1972 года — командующий 7-й танковой армией. С мая 1972 года по март 1974 года начальник штаба — первый заместитель командующего войсками Дальневосточного военного округа. С марта 1974 года по февраль 1979 года — начальник Главного оперативного управления (ГОУ) Генерального штаба ВС СССР — заместитель начальника Генерального Штаба Вооружённых Сил СССР. С февраля 1979 года по сентябрь 1984 года — первый заместитель начальника Генерального штаба Вооружённых Сил СССР. На этом посту многократно выезжал в Афганистан. Руководил планированием военных операций в Афганистане на всех этапах, включая и вывод советских войск. За умелую координацию действий войск в Афганистане и большой вклад в подготовку и повышение боевой готовности войск в послевоенный период Указом Президиума Верховного Совета СССР от 7 мая 1982 года генералу армии Ахромееву Сергею Фёдоровичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11473). С сентября 1984 года по декабрь 1988 года — начальник Генерального штаба Вооружённых Сил СССР — первый заместитель министра обороны СССР. На этом посту он многое сделал для разработки и принятия новой военной доктрины (1984 г.), активизации переговорного процесса по мерам доверия в военной области и сокращения военных потенциалов сторон. Ахромеев подчеркивал, что именно в советском Генеральном штабе первыми стали отчетливо понимать всю опасность накопленного огромного ядерного потенциала и «гор» обычного оружия в условиях многолетнего противостояния военных блоков. Являясь депутатом Верховного Совета СССР, членом Верховного Совета СССР и Комитета по вопросам обороны и безопасности, он вел активную общественно-политическую работу, занимая принципиальную позицию по сохранению единого государства. Освобожден от обязанностей начальника Генерального штаба 2 декабря 1988 г. С декабря 1988 года советник председателя Президиума Верховного Совета СССР, с мая 1989 года советник председателя Верховного Совета СССР (на обеих должностях - М. С. Горбачёва). С марта 1990 года советник Президента СССР М. С. Горбачёва по военным делам. Также с декабря 1988 года генеральный инспектор Группы генеральных инспекторов Министерства обороны СССР. Маршал Ахромеев явился продолжателем знаменитой плеяды начальников Генерального штаба, участников Великой Отечественной, начиная с маршала Жукова, маршала Шапошникова, маршала Василевского и многих других - тех, которые на войне командовали дивизиями, армиями, фронтами. По словам С.Ф. Ахромеева, это были учителя и во время войны, и после войны. Маршал Советского Союза, Герой Советского Союза Ахромеев С.Ф. был найден мертвым в своём служебном кабинете в Московском Кремле после неудавшейся попытки отстранения от власти Президента СССР в период деятельности (19-21 августа 1991 года) Государственного комитета по чрезвычайному положению в СССР (ГКЧП), оставив предсмертную записку, объясняющую мотивы ухода из жизни: «Не могу жить, когда гибнет моё Отечество и уничтожается всё, что считал смыслом моей жизни. Возраст и прошедшая моя жизнь мне дают право из жизни уйти. Я боролся до конца». Был похоронен на Троекуровском кладбище в Москве. 12 марта 2015 года на доме, где жил Ахромеев С.Ф. на Мосфильмовской улице, д. 11, к. 4, установлена Мемориальная доска (скульптор Е. Дубровина, архитектор Е. Кузнецова). И на родине героя помнят и чтят: в Торбеевском районе установлен памятник Сергею Федоровичу Ахромееву и Мемориальная доска; в Мемориальном музее военного и трудового подвига 1941—1945 гг. в городе Саранске Республики Мордовия хранятся личные вещи С. Ахромеева, переданные в дар музею вдовой Тамарой Васильевной Ахромеевой и дочерьми. Награды: присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (07.05.1982), 3 ордена Ленина (23.02.1971, 21.02.1978, 28.04.1980), Орден Октябрьской Революции (07.01.1988), 2 ордена Красной Звезды (15.09.1943, 30.12.1956), Орден Отечественной войны 1-й степени (06.04.1985), Орден «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» 3-й степени (30.04.1975), множество медалей СССР и награды иностранных государств. Воинские звания: полковник — присвоено 8 декабря 1956 г., генерал-майор танковых войск — 13 апреля 1964 г., генерал-лейтенант танковых войск — 21 февраля 1969 г., генерал-полковник — 30 октября 1974 г., генерал армии — 23 апреля 1979 г., Маршал Советского Союза — 25 марта 1983 г.