Сергей Барышев родился в 1963 году в Энгельсе (Саратовская область).
В 1989 году окончил Саратовское театральное училище (курс А. Галко).
В начале 1990-х годов переехал в Санкт-Петербург. Здесь он был принят в Театр на Литейном, в труппе которого работал до 2005 года.
В 2005 году ему пришлось приостановить своё участие в театральных работах из-за занятости в сериале «Тайны следствия» .
В 1997 году вышел альбом авторской песни «За окном слёзы льёт Петербург» , автором которого является С. Барышев. Актёр также является автором ряда пьес, сценариев и стихов. Был удостоен премии «Монокль» за пьесу «Иллюзии» , в которой он выступает одновременно режиссёром, автором и исполнителем главной роли.Помимо «Тайн следствия» , снимался также в таких фильмах и сериалах, как «Гибель империи» , «Морские дьяволы» , «Бандитский Петербург» , «Луна в зените» , «Телохранитель» и др.Участвует в спектаклях театров «Версия» , «На Неве» , «Патриот РОСТО» .
В 2008 году стал лауреатом премии им. Георгия Жжёнова на XI Бердянском международном кинофестивале в номинации «За лучшее воплощение на экране образа работника правоохранительных органов» .
В 2015 году Сергей Барышев в ДК «Московский» организовал театральную студию «Чудомир» . 22 июня 2015 г. на сцене ДК состоялся его спектакль, посвящённый 70-летию Великой Победы и 74-й годовщине начала Великой Отечественной войны.Хобби — рыбалка, путешествия, гребля на байдарках, самбо. Владеет игрой на саксофоне и гитаре.Женат. Жена — Екатерина, по профессии журналист.