Сергей Мухин родился в Санкт-Петербурге в 1976 году. После окончания учёбы молодой человек принял решение переехать в столицу, где поступил в ГИТИС. Закончив учёбу, Сергей играл на сцене театра им. Моссовета, Товарищества 814, а также в Центре драматургии и режиссуры.
Актёр обрёл популярность и любовь зрителей, сыграв главные роли в таких картинах, как: «Цветок папоротника», «Цена измены», «Подари мне немного тепла», «Берег надежды» и др. Немаловажное влияние на развитие кинокарьеры оказали также фильмы «Даже не думай», «Обреченная стать звездой».
Сергей Мухин предпочитает не делиться подробностями своей личной жизни со своими поклонниками. Известно, что свою будущую супругу актёр впервые встретил во время съемок фильма «Моя Пречистенка» еще в 2004 году. Следующая встреча Сергея Мухина и актрисы Анастасии Савосиной состоялась спустя 6 лет во время съемок сериала «Была любовь».
Молодые люди некоторое время встречались и в конечном итоге все же решили официально оформить свои отношения. На данный момент у пары подрастает двое прекрасных сыновей. По словам Сергея, мальчики очень отличаются друг от друга, хотя и являются братьями. Младший сын обладает, несомненным, актерским талантом, в то время как старшего привлекают точные науки.
Одной из последних значимых работ с участием Сергея стала картина «Огонь, вода и ржавые трубы». В фильме повествуется о Катерине Удальцовой – женщине, которая родилась в провинции, но на данный момент живет в столице и успешно ведет свой бизнес.
Сергей Мухин признается, что в будущем ему бы хотелось сыграть в кино самого себя и рассказать всю историю своей жизни. Актёр надеется, что когда-нибудь эта мечта все-таки осуществится. На сегодняшний день артист продолжает активно сниматься в кино, на его счету уже более 40 ролей в кино и сериалах.