Он родился 1 сентября 1958 года в Херсоне в простой семье. Отец будущего актёра трудился водителем, мать была диспетчером автобазы. В свободное время они посещали самодеятельный кружок, где и произошло их знакомство. Серёжу с детства манило море — вместо уроков он предпочитал ходить под парусом, а в будущем видел себя курсантом мореходного училища.
Когда пришло время поступать, обнаружилась одна проблема: будущие моряки сдавали вступительные экзамены по точным наукам, с которыми Сергей никогда не дружил. Его дальнейшая судьба определилась благодаря матери: она собрала сыну документы и отправила поступать в Днепропетровское театральное училище. Здесь Гармаш получил первое высшее образование и стал дипломированным актёром театра кукол.
Проработав некоторое время по специальности, Сергей был призван в ряды Советской армии. За время службы в стройбате в городе Бологое его желание быть профессиональным актёром лишь окрепло. Едва демобилизовавшись, Гармаш отправился штурмовать столичные театральные вузы. На экзаменах в Школу-студию МХАТ он зачитал перед комиссией двадцатиминутный отрывок из Достоевского, и никто даже не подумал его прервать. Сергей сразу понял, что зачислен.
Студенческие годы оказались весёлым и бесшабашным временем. Нередко Гармаш с друзьями прогуливал занятия, а однажды после очередного недельного отсутствия на весь семестр лишился стипендии — пришлось подрабатывать дворником, чтобы как-то сводить концы с концами.
В стенах института произошло главное знакомство всей его жизни. Сергей Гармаш встретил юную однокурсницу Инну Тимофееву и влюбился без памяти. Свадьбу сыграли на четвёртом курсе, а вскоре Сергея определили в труппу «Современника». Жену по распределению направили в Ногинск, но новоиспечённый муж смог выхлопотать для неё место рядом с собой. Вскоре на свет появилась дочь Дарья — впоследствии она окончила продюсерский факультет ВГИКа и работала заместителем директора столичной киностудии.
В середине 2000-х в семье Гармашей случилось пополнение — на свет появился сын Иван. Рождение второго ребёнка ещё больше сплотило актёрскую чету — Сергей и Инна счастливы вместе уже почти сорок лет. Старшая дочь Дарья вышла замуж за киноосветителя Павла Сидорова и подарила родителям внука Павла.
Сегодня Сергей Гармаш — один из самых востребованных актёров отечественного кино. Он редко отказывается от предложений о съёмках и регулярно радует поклонников новыми неожиданными образами. За свою долгую и успешную карьеру актёр успел поработать с именитыми режиссёрами, среди которых — Анджей Вайда, Сергей Бодров, Никита Михалков, Сергей Соловьёв, Станислав Говорухин, Владимир Хотиненко и многие другие. Гармаш является многократным обладателем премий «Ника» и «Золотой орёл» и даже стал кавалером ордена Заслуг перед Республикой Польша.