Он появился на свет 28 мая 1969 года в деревне Красный Лиман под Воронежем. Отец будущего актёра Виконт Козлов был военным — с детства Серёжа мечтал продолжить его дело и даже хотел поступать в Суворовское училище, но не сложилось. По долгу службы глава семейства часто переезжал с места на место, так что школу Козлов-младший оканчивал уже в Хабаровском крае. Получив аттестат, Сергей поступил в Политехнический институт на авиационный факультет, однако учёба ему не давалась. Спустя год парень ушёл в армию — служил в танковых войсках под Горьким, где играл в оркестре на тарелках.
Когда он вернулся, нужно было решать, что же делать дальше. Сергей выбрал самый простой путь — именно так ему казалось. Выучил басню и отправился на вступительные испытания в Воронежский институт искусств. Харизматичного парня с первой попытки приняли на актёрский факультет, а вскоре он повстречал в этих стенах свою будущую жену. Уже на первом свидании он познакомил начинающую актрису Наталью Комардину с родителями, а спустя месяц влюблённые сыграли шумную свадьбу на сто человек. Правда, очень скоро молодожёны поняли, что поспешили с женитьбой и совершенно не готовы к совместному быту. В результате их отношения распались через несколько месяцев — так же стремительно, как и начались.
В холостяках молодой актёр ходил недолго. Ещё на вступительных экзаменах он приметил будущую однокурсницу Викторию Адельфину, а когда первый брак рухнул, Сергей решил признаться девушке в своих чувствах. Они поженились, а вскоре на свет появилась дочь Мария. Студентом Сергей Козлов уже выходил на сцену Воронежского камерного театра. Роли ему давали, вот только гонорары были очень скромными, прокормить семью было тяжело. В результате начинающий актёр решил ехать в столицу в надежде построить там карьеру.
Москва приняла его отнюдь не с распростёртыми объятиями. Поначалу приходилось работать в такси и ночевать прямо в машине. Со временем удача наконец улыбнулась актёру — его приняли в труппу театра Et Cetera. Именно здесь коллеги дали совет — сменить несценическую фамилию Козлов на что-то более звучное. Он остановился на девичьей фамилии матери и стал Сергеем Астаховым.
Под этим псевдонимом актёр и дебютировал в кино — сыграл Кирилла в драме «Клетка». После первого же появления на экране карьера 32-летнего Сергея Астахова пошла в гору. Его приглашали в эпизоды многих популярных фильмов и сериалов, и он практически никогда не отказывался — появился в «Ледниковом периоде», «Солнечном ударе», «Адвокате», «На углу у Патриарших», «Убойной силе», «Даше Васильевой», «Детях Арбата».
Свои первые главные роли Сергей Астахов исполнил в сериалах «Любовные авантюры» и «Честь имею!..», которые вышли на экраны почти одновременно. Большим успехом для актёра стала главная роль в биографическом сериале «Королёв», где он сыграл прославленного конструктора. После этого Астахов стал настоящей звездой сериалов, его фильмографию пополнили проекты «Гаишники», «Непобедимый», «Принцесса и нищенка», «Я тебя никогда не забуду», «Тайны института благородных девиц», «Под напряжением» и многие другие.
Сергей Астахов был постоянно занят на съёмках и гастролях, времени на семью почти не оставалось. В результате они с женой приняли решение развестись, при этом Сергей поступил по-мужски и оставил супруге и дочери квартиру и машину. Актёр продолжал принимать участие в воспитании наследницы — когда врачи диагностировали у Маши анорексию, отец настоял на лечении дочери в клинике. Мария Астахова пошла по стопам отца — она с отличием окончила Щукинское училище и активно снимается в кино.
На съёмках сериала «Бедная Настя» Сергей Астахов познакомился с актрисой Еленой Кориковой. Когда они вновь встретились, Астахов уже пережил второй развод. У бывших партнёров по площадке возникло взаимное чувство, они начали встречаться, однако свои отношения не афишировали. Новость о романе двух звёзд просочилась в прессу неожиданно — квартиру Кориковой ограбили, преступников поймали, а среди украденных вещей оказались личные вещи Астахова. После этого актёры начали появляться вместе на публике, однако до свадьбы дело так и не дошло. Сергей Астахов признавался, что в то время был поглощён карьерой и не давал актрисе того внимания и заботы, которой она ждала от него.
Сместить фокус на семью актёр сумел только спустя годы. Однажды в клубе он познакомился с учительницей начальных классов Викторией Савкеевой, которая была младше на 16 лет. Несмотря на разницу в возрасте, они быстро нашли общий язык, а вскоре стали жить вместе. Поначалу Виктория продолжала преподавать в подмосковном гимназии, но потом стала помогать мужу в организации гастролей. Астахов с гордостью признавался, что у его возлюбленной не сразу получалось планировать поездки, но со временем она стала профессионально организовывать большие турне по всей стране.
Виктория и Сергей уже больше десяти лет живут в идиллии, однако регистрировать отношения не спешат. Даже когда Савкеева подарила 54-летнему мужу наследника, в загс они не пошли. Отсутствие штампа в паспорте не меняет отношения актёра к жене и сыну Александру — теперь он всегда спешит со съёмок домой, помогает Виктории по хозяйству и при этом остаётся невероятно востребован в кино.
Ежегодно на экраны выходит несколько проектов с участием Сергея Астахова. А одной из самых удачных его работ последних лет стал сериал «Девушки с Макаровым», где он играет начальника ОВД Саламатина, — в прошлом году на экраны вышел уже пятый сезон полюбившейся зрителям комедии.