Сергей Станиславович Удальцов родился в семье известных деятелей советской эпохи.

Его прадед Иван Дмитриевич Удальцов — из дворянского рода, после окончания в 1903 году 1-й Московской гимназии поступил на юридический факультет Московского университета. В 1905 году Иван Удальцов вступил в РСДРП(б) — Российскую социал-демократическую рабочую партию (большевиков), принимал активное участие в Первой русской революции 1905–1907 годов, за что в 1907 году был арестован и отчислен из университета. Выйдя на свободу, Иван Удальцов уехал в Германию, где продолжал учебу в университетах Фрейбурга, Лейпцига и Мюнхена. После возвращения на родину он был призван на воинскую службу, служил в чине рядового, демобилизован в 1911 году. После этого сдал экстерном экзамены в университете, получил диплом I степени, занимался юридической практикой. Участвовал в Первой мировой и Гражданской войнах; в 1921 году был направлен на работу в Московский университет. Здесь он стал деканом факультета общественных наук, а с 1928 по 1930 год являлся ректором Московского университета. После преобразования факультета международных отношений в 1944 году в Институт международных отношений И.Д. Удальцов стал его первым директором.

Не менее примечательна судьба деда Сергея Удальцова — Ивана Ивановича Удальцова. Он был видным советским историком-славистом и дипломатом. Окончив Московский государственный университет, он был сотрудником Института славяноведения АН СССР, затем его директором. В разные годы работал в аппарате ЦК КПСС, в том числе заместителем заведующего Идеологическим отделом, занимал пост председателя правления Агентства печати «Новости», позже был советником-посланником посольства СССР в Чехословакии, Чрезвычайным и полномочным послом СССР в Греции.

Сергей Удальцов родился 16 февраля 1977 года в Москве. Еще в студенческие годы Удальцов занялся политикой. В 1997 году он примкнул к движению «Трудовая Россия», возглавляемому Виктором Анпиловым, впоследствии вошел в исполком движения. В декабре 1999 года Удальцов баллотировался в депутаты Государственной Думы РФ третьего созыва по центральному списку «Сталинского блока: Трудовая Россия — Офицеры — за СССР».

В 1998 году Удальцов стал главой «Авангарда красной молодежи» (АКМ), который в тот период являлся молодежным крылом «Трудовой России». В СМИ подчеркивалась готовность АКМ на информационном поле вступить в схватку со всеми «носителями деструктивной буржуазной идеологии» (в частности, с избирательным блоком Союз правых сил).

В 1999 году Удальцов окончил юридический факультет Московской государственной академии водного транспорта (МГАВТ), после чего работал юристом в различных хозяйственных структурах. Сам он рассказывает, что работу юриста «было сложно совмещать с общественной деятельностью: когда она становилась известной хозяевам фирм, многие реагировали с неудовольствием».

В 2004 году Удальцов, покинувший к тому времени ряды движения «Трудовая Россия», стал членом возглавляемой Олегом Шениным восстановленной Коммунистической партии Советского Союза (КПСС) и как лидер АКМ вошел в состав ЦК партии. В 2005 году политик фигурировал в прессе как юрист газеты «Гласность».

В декабре 2005 года баллотировался в Московскую городскую думу (МГД) по списку КПРФ.

В 2006–2007 годах Сергей Удальцов и АКМ сотрудничал с оппозиционной коалицией «Другая Россия» (лидеры Гарри Каспаров, Эдуард Лимонов, на первом этапе деятельности также Михаил Касьянов, Владимир Рыжков, Виктор Анпилов), принимал активное участие в Маршах несогласных.

В 2007 году Удальцов стал координатором Совета инициативных групп Москвы — движения, объединившего социальных активистов Москвы, борющихся с «точечной застройкой», незаконными выселениями, проблемами в сфере ЖКХ и экологическими нарушениями. В 2009 году организация была преобразована в движение Московский Совет (Моссовет) — www.dostali.su. Моссовет входит в Союз Координационных Советов России (СКС).

С мая 2008 года Сергей Удальцов — депутат Национальной Ассамблеи Российской Федерации (НА РФ). На первом заседании Национальной Ассамблеи 17 мая 2008 избран в Совет Национальной Ассамблеи; возглавил Комитет по взаимодействию с группами социального протеста и вошел в состав Бюро НА РФ.

В сентябре 2005 года Удальцов поддержал идею создания Левого Фронта (ЛФ), в процессе формирования которого он участвовал в 2006–2008 годах. В итоге, к 2008 году Левый Фронт (www.leftfront.ru) объединил большую часть внесистемных левых организаций России, в том числе — представителей АКМ, РКСМ, РКРП-РПК, РКП-КПСС, «Трудовой России», Ассоциацию марксистских организаций. На учредительном съезде Левого Фронта 18 октября 2008 года Удальцов был избран в Совет ЛФ, стал членом Исполкома ЛФ и координатором организационного отдела.

В феврале 2010 года состоялся учредительный съезд политической партии «Российский объединенный трудовой фронт» (сокращенно «РОТ ФРОНТ» или «Трудовой фронт»), созданной на основе движения Левый Фронт и Российской коммунистической рабочей партии (РКРП). На съезде были приняты программа и устав организации, избраны ее Центральный комитет и Политсовет, куда вошел и сам Удальцов. В июле того же года Минюст отказал партии «РОТ ФРОНТ» в регистрации и до октября 2011 года еще пять раз отклонял заявку по формальным основаниям. В октябре 2011 года «РОТ ФРОНТ» подал жалобу на Минюст в Европейский суд по правам человека.

В начале мая 2011 года, незадолго до старта кампании по подготовке к выборам в Госдуму, премьер-министр Владимир Путин объявил о создании Общероссийского народного фронта, в котором кроме единороссов могли участвовать и те, кто не состоят в «Единой России». В ответ на это 22 мая незарегистрированные оппозиционные партии сформировали собственное объединение — Комитет национального спасения, в который вошли представители партии «РОТ ФРОНТ», Левого Фронта, партии «Другая Россия» Эдуарда Лимонова, а также партии «Родина: здравый смысл» Михаила Делягина.

С конца 90-х годов началось активное участие Сергея Удальцова в уличных протестных выступлениях. Пропагандируя идеи социализма, он отмечал, что в период экономического кризиса необходимо опираться не только на парламентские методы работы, но и максимально развивать уличное направление, непарламентское.

С 2009 года Удальцов выступал как один из организаторов акций «День Гнева», в которых принимали также участие различные экологические и общественные объединения, в том числе Движение в защиту Химкинского леса, Федерация автовладельцев России (ФАР), движение «Однодольщики».

Удальцов неоднократно задерживался милицией (полицией) в связи с проведением различных акций протеста, а также подвергался административному аресту за участие в них. Всего Сергей Удальцов более ста раз подвергался задержаниям и провел под арестом в общей сложности около года.

10 августа 2011 года международная правозащитная организация Amnesty International признала Удальцова узником совести, однако задержания продолжались.