Ранние годыСемён Герштейн родился 13 июля 1929 года в Харбине в семье советских граждан.
В 1936 году его семья переехала в Москву, но уже в 1937—1938 годах его родители были репрессированы и он остался на воспитании бабушки, А. Н. Менделевич, — фельдшера заводского медпункта и тётки Р.М.Менделевич.
В 1946 году окончил среднюю школу с золотой медалью и поступил на физический факультет МГУ.Научная деятельностьПосле окончания в 1951 отделения ядерной физики физфака МГУ, несмотря на усилия его научного руководителя А. А. Власова, пытавшегося оставить его в университете, Герштейн получил распределение учителем в школу в селе Белоусово Калужской области, где проработал до 1954 года.
В 1952 году, сдав экзамены теорминимума Льву Ландау, поступил в аспирантуру ИФП, став последним, у кого Ландау лично принял экзамен теорминимума. По рекомендации Ландау, Герштейн был направлен к Якову Зельдовичу, изучавшему изменения бета-распада при окружении «голого» нуклона пионной «шубой» . Итог этой работы стал первой публикацией Семёна Герштейна.Главный научный сотрудник Института физики высоких энергий в Протвино. Профессор МФТИ, доктор физико-математических наук (1963). Автор более двухсот публикаций и нескольких научных открытий.Член-корреспондент АН СССР (1984), академик РАН (2003).7 января 1962 года Лев Ландау попал в роковую автокатастрофу, направляясь в гости к Герштейну в Дубну.
На 2017 год проживает в Протвино, занимается просветительской деятельностью.Состоит членом редколлегии журнала РАН "Природа". Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (2005) — за большой вклад в развитие атомной энергетики, плодотворную научную деятельность и многолетний добросовестный трудОрден Почёта (25 сентября 1999) — за заслуги перед государством, многолетний добросовестный труд и большой вклад в укрепление дружбы и сотрудничества между народамиГосударственная премия СССРПремия имени И. Я. Померанчука (2011)Золотая медаль имени Л. Д. Ландау (2013)