Священномученик Сергий родился в 1889 году в семье священника Димитрия Гортинского, окончил училище в Александрополе Эриванской губернии, затем курсы телефонистов в Москве. В 1916 г. Сергей Дмитриевич был рукоположен во диакона, служил в Калужской губернии.
В 1920 г. отец Сергий стал священником, служил в Черниговской губернии, а с 1925 г. в Покровском храме села Казинки Ставропольской епархии. Ревность пастыря привела к аресту в ноябре 1926 г. В вину священномученику поставили то, что он поминал на богослужениях государя Николая II и его семью, выступал против гражданского брака, настаивая на необходимости венчания. Отец Сергий был приговорен к трехлетней высылке с прикреплением к определенному месту жительства. Святой поселился в Воронеже, служил в Алексеево-Акатовом монастыре.
В 1928 г. последовал новый арест по обвинению в идейном руководстве епархией, но обвинения не было доказано. Священника освободили, однако на свободе он оставался недолго – укрепившийся у власти Сталин развернул жестокие гонения на Церковь. 8 апреля 1930 года отец Сергий был вновь арестован и заключён в Воронежскую тюрьму вместе с монахами Алексеево-Акатова монастыря по делу епископа Алексия (Буя). Отца Сергия обвинили в том, что он вел антисоветскую агитацию как лично, так и через других, главным образом через архимандрита Тихона (Кречкова), «которому давал специальные указания антисоветского направления». На допросах отец Сергий отвечал односложно, стараясь никого не называть. Узнав о предъявленном обвинении в контрреволюционной деятельности, он написал: «Обвинение предъявленное я не признаю, ибо это явная ложь».
К тому времени пастырь тяжело болел туберкулезом, заключение переносил с трудом.
28 июля 1930 г. Коллегией ОГПУ отец Сергий был приговорен к расстрелу. 2 августа 1930 г. священномученик Сергий Гортинский был расстрелян с группой священнослужителей и мирян и погребен в безвестной общей могиле.