Родился 27.01.1942 г. в г. Кашира Московской области. В 1959 г. окончил среднюю школу. В 1966 г. – Московское высшее художественно-промышленное училище (б. Строгановское). Со 2-го курса занимается графикой, начал работать в газетах и журналах. Дипломная работа – монументально-декоративное панно для Библиотеки иностранной литературы (руководитель - крупнейший советский архитектор Д.Н. Чечулин).
      С 1970 года С. Харламов – член Союза художников СССР. Европейскую известность получил цикл иллюстраций к роману Дж. Свифта «Путешествие Гулливера». За эту работу художник удостоен Первой премии на Международной выставке в Чехословакии.
    С.М. Харламов – Лауреат Всероссийских конкурсов искусства книги, в числе его работ -  «Вечера на хуторе близ Диканьки» Н.В. Гооля, «Оды» Г.Р. Державина, «Колокольчики мои» А.К. Толстого, «Вор» Л.М. Леонова, «Я встаю в предрассветный час» М.М. Пришвина, «Венок сонетов» В.А. Солоухина, «Книга сонетов» Расула Гамзатова,  иллюстрации к поэзии Ф.И. Тютчева и С.А. Есенина. Критик Ю.И. Селезнёв писал: «Редкие по мастерству, филигранной технике гравюры Сергея Харламова дарят радость тихой музыкой света, которым лучится в книге как бы само слово иллюстрируемого писателя…»
    Явлением в культурной и общественной жизни стал цикл гравюр,  посвященных 600-летию Куликовской битвы (1980). Широко репродуцировались, обрели народную популярность гравюры «Святой Преподобный Сергий Радонежский», «Молитва перед боем», «Поединок Пересвета с Челубеем», «После битвы» и др. Образы Преподобного Сергия Радонежского и далее остаётся главным в творчестве художника.
    Навсегда запоминаются такие работы С.М. Харламова, как альбом «Отечественная война 1812 года», серия «В земле Российской просиявшие», цветные рисунки «По Святой земле».
    В 2002 г. вышел в свет альбом «Зримые ступени», где художник выступает и как талантливый писатель, рассказывающий о времени и о себе.
    В 1995 г. С. Харламов становится Лауреатом Международной премии Фонда Андрея Первозванного.
    Произведения художника хранятся в Государственном историческом музее, Государственном музеем изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, Киевском государственном русском художественном музее, Сергиево-Посадском историко-художественном музее-заповеднике, во многих музеях и частных коллекциях России, Сербии, Италии, Англии, США.