Sergei Bodrov commence par étudier les sciences pendant deux ans, avant d'intégrer en 1971, la première école de cinéma de Russie, la VGIK, et d'y apprendre le métier de scénariste. Après l'obtention de ce diplôme, il travaille comme correspondant spécial pour le magasine Krokodil. En alternance avec son travail de journaliste, il écrit beaucoup de scénarios (Yurka - syn komandira,1984; Ne khodite, devki, zamuzh, Nash chevolek v San-Remo, 1990).

En 1984, Bodrov passe à la mise en scène avec Sladkij sok vnutri travy, qu'il réalise en tandem avec Amanbe Alpiev. Il enchaîne ensuite avec plusieurs films tournés en Russie dont Les Amateurs (1985) et Roi blanc, dame rouge (1992). En 1996, le succès retentissant avec Le Prisonnier du Caucase (lauréat du Prix du Meilleur Film au Festival de San Diego, puis nommé aux Golden Globes puis aux Oscars, dans la catégorie Meilleur Film étranger) marque l'un des points d'orgue d'une carrière qu'il poursuit avec Crinière au vent, une âme indomptable (1999), ainsi que The Quickie (2001) et Le Baiser de l'ours (2002), dans lesquels il dirige pour la dernière fois son fils, Sergei Bodrov Jr (également acteur, scénariste et réalisateur), décédé en 2002.

Deux ans plus tard, Sergei Bodrov se lance dans l'épopée avec Nomad (une histoire de prophétie dans le Kazakhstan du 18ème siècle) qui obtient un tel succès que le metteur en scène s'illustre de nouveau dans le genre en 2007 avec Mongol, récit de la légende de Gengis Khan qui lui vaut une nouvelle nomination à l'Oscar du Meilleur Film étranger en 2008. Parallèlement à son travail de réalisateur, il continue de signer des scénarios dans son pays et à l'étranger comme ceux de Somebody to love (1994) de Alexandre Rockwell, Est-Ouest (1999) de Régis Wargnier, ou encore Shizo (2004) de Gulshat Omarova. Il participe également au documentaire Histoire de droits de l'Homme.

Sept après le triomphe Mongol, il reprend sa caméra en 2014 pour adapter la saga fantastique Le Septième fils pour les studios américains. Le film compte dans sa distribution Jeff Bridges et Julianne Moore.