1944年，瑟尔基·比洛夫出生在西伯利亚的一个小城市里，在父母的影响下从小就从事滑雪、田径、技巧等运动项目的训练。这为他在此以后从事篮球运动打下了耐力、速度和灵活性等方面的扎实基础。1963年后，他从乌拉尔机器队脱颖而出，以“神投手”而闻名篮坛。1965年赛季结束后，比洛夫被选入苏联队和苏军中央俱乐部队担任后卫，直到1980年第22届奥运会后退役，他在国家队服役长达14年之久。

1972年慕尼黑第20届奥运会男篮的决赛结局，迄今为止仍有争议。决赛的双方是美国队和苏联队，终场前3秒钟，美国队以50比49仍领先1分，胜利在望，但苏联队得球后一次快速反击，底线长传到美国队篮下，进球得分，反以51比50超出1分。虽然在是否超时上双方发生争执（比赛在一片争吵声和混乱之中结束），但金牌最后落到苏联队手里。这使苏联队首次夺得奥运会比赛冠军。作为苏联队主力队员的比洛夫，不仅在决赛中表现出色，独得20分，而且在本届奥运会比赛中都有上乘表现，无可非议地成为本届比赛的明星。

1974年第7届世界男篮锦标赛后，他被一致推选为欧洲联队队长，带领南斯拉夫的乔西奇、意大利的梅内京、西班牙的布本拉德等著名球星，同美国队进行了较量。

1980年莫斯科第22届奥运会开幕式上点燃了奥运会火炬。

在莫斯科奥运会上，国际奥委会授予他奥林匹克金质奖章，以表彰瑟尔基·比洛夫对发展奥林匹克运动和篮球事业作出的巨大贡献。与此同时，国际篮联也给他颁发了篮球运动员的最高奖赏——荣誉杯。这是对瑟尔基·比洛夫光辉而漫长的篮球运动生涯的最好总结。

从1966年至1980年，他是1972年慕尼黑第20届奥运会冠军，1967年蒙得维的亚第５届世界男篮锦标赛和1974年圣胡安（波多黎各）第７届世界男篮锦标赛的冠军，四届欧洲冠军、两届欧洲杯冠军和十一届全苏冠军队的主力队员；是前苏联篮球运动员中担任国家队队员时间最长的运动员，曾荣获苏“荣誉”勋章和“劳动”勋章。瑟尔基·比洛夫连续参加了1968年墨西哥城第19届、1972年慕尼黑第20届、1976年蒙特利尔第21届、1980年莫斯科第22届奥运会，1967年第5届、1970年卢布尔雅那（南斯拉夫）第6届、1974年第7届、1978年马尼拉第8届世界男篮锦标赛和七届欧洲锦标赛，这在国际篮坛上是绝无仅有的。