Сергей Николаевич Реформатский родился в селе Борисоглебском Костромской губернии (ныне Ивановская область) в семье священника. Как и его отец окончил Костромскую духовную семинарию (в 1878 г). Поступил на естественное отделение физико-математического факультета Казанского университета. Студентом работал в лаборатории А. М. Зайцева. В 1882 году закончил университет с золотой медалью и степенью кандидата. Дипломной работой стало «Исследование углеводорода СЮН 18 получаемого из аллилдипропилкарбинола».
В период 1882-1889 гг. работал в альма-матер. С 1882 г. - Хранитель музея лаборатории А. М. Зайцева. В 1889 г. С. Н. Реформатский защитил диссертацию на тему «Предельные многоатомных алкоголе» на степень магистра.
Продолжил образование под руководством В. Мейера в Геттингене и Гейдельберге, и В. Ф. Оствальда в Лейпцигском университете (1889-1890). Работа за рубежом была посвящена в основном докторской диссертации на собственную тему в направлении исследований Бутлерова-Зайцева, касающихся способа синтеза третичных спиртов.
В 1887 г. открыл способ получения β-оксикислот взаимодействием сложных эфиров
α-галогензамещенных карбоновых кислот и альдегидов в присутствии цинка. Способ впоследствии получил название реакции реформатского. На основе реакции впоследствии были получены β-кетокислоты и ненасыщенные органические соединения. Реакция была положена в основу искусственного синтеза витамина А и его производных. Даже после открытия в 1900 г. Гриньяром более удобного метода получения органических соединений, ранее получаемых по методу Бутлерова, метод Реформатского сохраняет свое значение до сих пор. В современной химической литературе описываются случаи синтеза органических соединений (в т. ч. витаминов и гормонов), для которых реакция Гриньяра не давала положительных результатов, а реакция Реформатского, наоборот, давала необходимые соединения.
В 1889 г. публикует серию научных работ в области получения многоатомных спиртов.
По возвращении из заграничной командировки С. Н. Реформатский в Варшавском университете блестяще защитил в 1890 г. докторскую диссертацию на тему «Действие смеси цинка и монохлоруксусного эфира на кетоны и альдегиды».
С 1891г. избран профессором Киевского государственного университета. С этого же года - профессор Киевских высших женских курсов.
В 1892 г. изучил восстановление третичных спиртов до углеводородов.
В 1931-1934 гг. провел исследования в области получения натурального каучука из растений.
Дважды избирался председателем физико-химического общества Киевского государственного университета (1910-1916 и 1920-1933).
С. Н. Реформатский - родоначальник киевской школы химиков-органиков. Среди его учеников: Я. Михайленко, В. Яворский, Е. Гришкевич-Трохимовский, М. Жданович.
Является автором учебника «Начальный курс органической химии» (с 1893 г. выдержал 17 изданий).