Родился в 1953 году в мордовском селе Селищи. Мать работала учителем словесности, отец — радистом в колхозном радиоузле, вскоре стал киномехаником. Сергей Астахов был старшим ребенком в семье и единственным мальчиком: позже у него появились четыре сестры. Будущий оператор с детства был влюблен в кинематограф — самые первые его воспоминания связаны с кинопросмотрами в сельском клубе, но еще раньше, чем выбрать основную профессию, благодаря отцу начал мастерить различные приспособления, что тоже получит свое продолжение в будущем — Сергей Астахов еще и известный конструктор съемочного оборудования.

В 8-м классе родители подарили Сергею его первую камеру — 16-миллиметровую Киев 16 с-3. После этого он начинает задумываться о поступлении во ВГИК, куда отправляется сразу по окончании средней школы. Не пройдя экзамены с первого раза, уходит в армию, после устраивается выездным фотографом в Краснослободский комбинат бытового обслуживания. В 1975 году с второй попытки поступает на операторский факультет в мастерскую Леонида Васильевич Косматова и начинает активно снимать. Несмотря на то, что мастер умирает уже в 77-м, он сыграет важную роль в дальнейшей судьбе студента: Астахов снимает его похороны, сближается с семьей преподавателя, разбирает его архив. Не зная, что делать с отснятым им материалом, обращается на факультет режиссуры документального кино и вместе с Петром Солдатенковым снимает фильм «Мастер Косматов» (1978). Совместная работа перерастает в близкую дружбу. Позже они сделают вместе фильмы о Владимире Высоцком («Я не люблю…», 1988) и Леониде Оболенском («Визит к счастливому человеку», 1981, дипломный фильм Петра Содатенкова). Знакомится с кинооператорами Вадимом Юсовым, Георгием Рербергом, Леонидом Калашниковым и Леваном Пааташвили, оказывающими впоследствии на Астахова большое влияние и с которыми он не перестает поддерживать отношения.

Во ВГИКе снимает две картины Светланы Чижовой, дипломную работу Татьяны Чивиковой («Строгая сенсорная депривация») и, после знакомства с Сергем Сельяновым, подпольно работает оператором на его совместном с Николаем Макаровым дебюте «День ангела» (1980, однако на экраны картина выйдет только в 1988 году). Дипломная работа Сергея Астахова — документальный фильм «Времена года, или Этюд на деревенскую тему» (1980), где он выступает не только оператором, но и режиссером. Благодаря «Этюду» и «Сенсорной депривации» знакомится с Дмитрием Долининым, затем с Ильей Авербахом и по рекомендации последнего в 1980 году устраивается на студию «Ленфильм». Там сначала работает ассистентом оператора Ивана Багаева, потом получает предложение быть вторым оператором на картине Авербаха «Голос», но, по настойчивой просьбе Сергея Микаэляна, уходит с «Голоса» и снимает «Влюблен по собственному желанию» (1982). Дмитрий Долинин становится его художественным руководителем на этом проекте. Впоследствии главным образом работает уже основным оператором.

На «Ленфильме» снимает широкоформатный дебют Дмитрия Светозарова «Скорость» (1983) — позже снимет его следующую игровую картину, фильм-катастрофу «Прорыв» (1986) об аварии на строительстве ленинградского метрополитена, и «Арифметику убийства» (1991) — фильм Михаила Никитина «Букет Мимозы и другие цветы» (1984), «Рейс 222» Сергея Микаэляна (1985), «Штаны» Валерия Приёмыхова (1988), сериал «Хлеб — имя существительное» Григория Никулина (1988) и второй фильм Сергея Сельянова «Духов день» (1990). Работает оператором на картинах «Студии первого и экспериментального фильма», художественным руководителем которой был Алексей Герман: «Ой вы, гуси» Лидии Бобровой и «Счастливые дни» Алексея Балабанова — оба дебюта 1991 года.

Работы Астахова этого периода, как, впрочем, и последующие, сильно различаются по стилистике: есть среди них и камерные драмы, где центральную роль играет портретная съемка (например, фильмы Микаэляна), и остросюжетные масштабные постановки, требующие множества инженерных решений (картины Светозарова), и лубочный примитивизм (Боброва), и эксперименты с цветом («Духов день»), и черно-белое кино с гиперреалистичным освещением («Счастливые дни»), и изящная работа по стилизации («Два капитана 2», реж. Сергей Дебижев, 1992). Но уровень профессионализма Астахова неизменно высок, что позволяет известному киноведу Якову Бутовскому говорить о его «виртуозном универсализме». Визуальное разнообразие и умение решать нетривиальные технические задачи и дальше будут отличать Сергея Астахова.

В 1992 году уходит с «Ленфильма» и становится независимым кинооператором. Параллельно с игровым кино снимает много документального, в том числе и с иностранными режиссерами и телеканалами (BBC, National Geographic) — всего в его фильмографии около пятидесяти документальных картин. Изредка снимает музыкальные клипы и рекламу, в частности вместе с Сергеем Дебижевым. Однако центральным режиссером в его творческой биографии становится Алексей Балабанов.

Вместе с Балабановым, помимо «Счастливых дней», Сергей Астахов снимает новеллу «Трофимъ» для альманаха «Прибытие поезда» (1995), прославивший тандем фильм «Брат» (1997), а также «Про уродов и людей» (1998), «Брат 2» (2000), «Война» (2002), «Мне не больно» (2006) и два незаконченных проекта — «Река» (2002) и «Американец» (2004). Стараясь лишить изображение излишней манерности и поэтики, они вырабатывают узнаваемый аскетичный визуальный стиль — реалистический, достоверный по свету, с преобладанием средних планов. Как часто вспоминает Астахов, главным принципом в работе с Балабановым была «убедительность». Однако и внутри этого стиля фильмы визуально заметно отличаются друг от друга.

Картина «Про уродов и людей», действие которой происходит на рубеже XIX и XX веков, стилизована под выцветшие фотографии и открытки того времени и окрашена в сепию; все натурные съемки проходили в Петербурге в течение белых ночей. Астахов считает ее самой лучшей своей работой. В «Трофиме» изображение напоминает о немом кино начала века, а хроника, фильм в фильме, снята на аутентичную камеру люмьеровской эпохи, которую оператор нашел на «Ленфильме» и привел в рабочее состояние. «Брат» и «Брат 2» отличаются друг от друга по колориту — первый фильм окрашен в тускло-золотистые тона, в то время как второй более насыщенный и яркий по цветам, что подчеркивает разницу в интонации. В «Войне» изображение жестче и контрастнее, а для передачи субъективной точки зрения персонажа используется маленькая портативная видеокамера, с помощью которой, по сюжету, он снимает все происходящее. А в мелодраме «Мне не больно» картинка заметно мягче и теплее, чем в остальных работах режиссера.

21 ноября 2000 года на съемках фильма «Река» происходит трагедия — машина, за рулем которой был Сергей Астахов, уходя на обледенелой дороге от лобового столкновения, переворачивается. Погибает исполнительница главной роли Туйяра Свинобоева, а остальные пассажиры, среди которых Алексей Балабанов, его жена — художник по костюмам Надежда Васильева и сын Петр получают серьезные травмы. На Астахова заводят уголовное дело, но закрывают за отсутствием состава преступления. «Формально я не виноват. Но по-человечески это, конечно, навсегда», — говорит он.

«Груз 200» (2007) снимает уже не Астахов — отказывается, потому что сценарий фильма, по его мнению, слишком пессимистичен. «Мне не больно» остается их последней совместной работой. Все последующие картины Балабанова будут сняты оператором Александром Симоновым.

Помимо Балабанова работает и с другими режиссерами. В частности снимает дебют Николая Лебедева «Змеиный источник» (1997), «Мусорщика» Георгия Шенгелии (2001), «Трио» Александра Прошкина (2002), сериал «Граница: Таежный роман» Александра Митты, за который получает Государственную премию РФ. Вместе с представителем «ленинградской школы» Виталием Мельниковым снимает несколько исторических картин — посвященный 300-летию Петербурга фильм «Бедный, бедный Павел» (2003) о трагической судьбе российского императора, «Агитбригада „Бей врага!“» (2007) о бригаде артистов, путешествующих в годы войны по Сибири вместе с кинопередвижкой, и фильм о Чехове «Поклонница» (2012) (совместно со Степаном Коваленко). Работает оператором на совместной российско-британской картине «По этапу» Тома Робертса (2006), повествующей о взаимоотношениях немецких солдат и советских женщин-заключенных, одну из ролей в которой исполняет Джон Малкович. Снимает «Анну Каренину» Сергея Соловьева (2008).

Начиная с 1999 года, после основания компании «АСТ» (Агентство съемочной техники Сергея Астахова), параллельно с операторской деятельностью занимается производством и прокатом съемочного оборудования. Сегодня «АСТ» — одна из ведущих компаний в своей области в России. На ее производственной базе были созданы съемочные приспособления для таких сложно постановочных проектов, как «Ночной Дозор» (2004), «Утомленные солнцем — 2» (2010–11), «Обитаемый Остров» (2008–9), «Метро» (2012) и многих других. На съемках фильма-катастрофы «Метро» Сергей Астахов выступил также в качестве оператора (совместно с Сергеем Шульцем).

Последняя на данный момент работа Сергея Астахова — масштабная историческая драма об устранении последствий космической аварии «Салют 7» режиссера Клима Шипенко, где Астахов не только оператор (совместно с Иваном Бурлаковым), но и разработчик системы имитации невесомости. Фильм создан кинокомпанией СТВ, основанной Сергеем Сельяновым и Алексеем Балабановым. Прокат фильма намечен на осень 2017 года.

Алексей Артамонов