Сергей Полежаев родился 19 октября 1924 года.
Воевал во время Великой Отечественной войны, служил на военном флоте, был ранен.
Учился в студии при Александринском театре, а затем в Ленинградском Театральном институте у народного артиста СССР Ю. Юрьева и народного артиста РСФСР Б. Жуковского.
После окончания работал в театре, с 1967 года - актёр студии «Ленфильм».