Родился 14.05.1875 г. в семье капитан-лейтенанта Н. И. Тимирева (1840—1879) в Санкт-Петербурге. Брат Константина Николаевича Тимирёва, земского деятеля, члена Государственной Думы. Окончил Морской Кадетский Корпус, фельдфебелем, 3-м по успеваемости (11.09.1895). По окончании корпуса присуждена премия Адмирала Нахимова в размере 300 р.
Зачислен в 7-й флотский экипаж (11.09.1895). Командир 1 роты броненосца «Полтава»(10.01 — 06.05.1896). На описной барже № 10 (04.05 — 03.10.1896). На крейсере «Россия»: вахтенный офицер (03.05 — 10.10.1897), младший штурманский офицер (10.10.1897 — 03.11.1899). Вахтенный начальник крейсера 2 ранга «Вестник» (01.05.1900 — 26.03.1901).
Переведен в Гвардейский экипаж (26.03.1901). Младший штурманский офицер: крейсера 2 ранга «Рында» (12.05 — 13.08.1901), Императорской яхты «Полярная Звезда» (23.08 — 07.10.1901). Старший штурманский офицер крейсера 2 ранга «Рында» (22.03 — 09.08.1902). Вахтенный начальник Императорской яхты «Полярная Звезда» (09.08 — 15.09.1902).
Старший штурманский офицер эскадренных броненосцев: «Император Александр II» (15.09.1902 — 01.02.1904), «Пересвет» (27.02 — 31.05.1904), «Победа» (31.05 — 04.10.1904). Старший офицер эскадренного броненосца «Победа» (04.10 — 25.11.1904). После гибели броненосца воевал на сухопутном фронте, при обороне Большого Орлиного Гнезда тяжело ранен и отравлен газами.
До начала Первой мировой войны Сергей Тимирев — помощник Старшего офицера эскадренного броненосца «Цесаревич» (06.05.1906 — 21.05.1907). Вахтенный начальник Императорской яхты «Александрия» (15.06 — 02.07.1907). Командир 2 роты Гвардейского экипажа (03.11 — 31.12.1907). Старший офицер Императорской яхты «Штандарт» (31.12.1907 — 1910). Командир учебного судна «Верный» (17.04.1912 — 29.06.1915). Флаг-капитан по распорядительной части Штаба Командующего флотом Балтийского моря (29.06.1915 — 23.08.1916). Командир крейсера «Баян» (23.08.1916 — 1917). Участвовал на крейсере в обороне Моонзундского архипелага в 1917 г.
В 1918 г. назначен Командующим Морских сил на Дальнем Востоке. После Гражданской войны в эмиграции жил в Шанхае, последние десять лет своей жизни плавал на судах Китайского коммерческого флота. По его собственному свидетельству, «это был единственный случай, когда китайским пароходом командовал русский адмирал». Будучи старшим из русских морских офицеров, председательствовал в русской Кают-компании. По свидетельству его друга В. В. Романова, «в эмиграции жил нежной мыслью о сыне своем», радовался, что сын оказался «не в потерявшей лицо русской эмиграции», а остался в России, где он «будет полезен». Его воспоминания были изданы под названием «Воспоминания морского офицера. Балтийский флот во время войны и революции (1914—1918 гг.)». Умер в Шанхае 13.06.(31.05. по ст.ст.)1932 г. от рака горла, похоронен на кладбище Лю-Кавэй (в 1950 х гг. кладбище снесли).
Колчак и Тимирев были знакомы, можно сказать, со школьной скамьи. В Морском корпусе Колчак был старше одним выпуском; в последний год его учёбы оба состояли в одной роте: Колчак — фельдфебелем, Тимирев — унтер-офицером. Во время обороны Порт-Артура сначала оба служили на военных кораблях и в мае 1904 г. должны были участвовать в одной рискованной экспедиции, в разработке которой и тот и другой принимали участие (отменена командующим). Последний период осады и Сергей Николаевич и Александр Васильевич провели на сухопутных позициях, часто встречались. При сдаче крепости оба оказались в госпиталях и попали в плен. В 1915—1916 гг., судьба связала их ещё теснее и сложней.
Иностранные ордена: