После окончание университета работал в АО "Концерн «АВЭК и Ко». Затем в 2006 году перешёл на работу в Харьковский метрополитен и уже в апреле 2006 года был назначен начальником Харьковского метрополитена.
В январе 2008 года был отстранён от работы, но в августе 2008 решением Верховного Суда Украины Сергей Мусеев был восстановлен в должности начальника ГП «Харьковский метрополитен», и в ноябре вновь вступил в должность. Так же одновременно являлся Председателем Ленинской районной Харьковской организации Партии регионов.
Погиб в ДТП 25 августа 2010 года. Авария произошла на территории Херсонской области (Мусеев следовал в отпуск в Крым), погиб также замначальника ГП «Горэлектротранс» Евгений Ли, ехавший в одном автомобиле с Сергеем Мусеевым.
В результате нарушения ПДД находившимся за рулем Мусеевым его «Мерседес S-600» во время обгона с превышением скорости на встречной полосе лоб в лоб столкнулся с автомобилем «Хюндай». Все находившиеся в «Мерседесе» погибли; от него осталась груда металла (автомобиль восстановлению не подлежит). Подушки безопасности в «Мерседесе» не сработали. Находившиеся в другом автомобиле трое людей (семья, возвращавшаяся из отпуска) попали в больницу.
Похоронен на Втором городском кладбище Харькова по ул. Пушкинской 27 августа 2010 года.