Сын Нобелевского лауреата Петра Капицы.
В 1949 году Сергей Петрович окончил Московский авиационный институт. После работал в Центральном аэрогидродинамическом институте, затем в Институте геофизики, в Институте физических проблем имени П.Л.Капицы (своего отца) РАН. В течение 35 лет заведовал крупнейшей в стране кафедрой физики в Московском физико-техническом институте.
Среди областей его научных интересов - сверхзвуковая аэродинамика, земной магнетизм, прикладная электродинамика, физика элементарных частиц.

Сергей Петрович Капица более трёх десятилетий возглавлял журнал «В мире науки» (Scientific America), на котором выросло несколько поколений учёных. В последние годы жизни активно изучал проблемы информационного общества, глобализации, демографии. В результате своих научных изысканий им написаны десятки статей, в которых обосновывается модель гиперболического роста населения Земли.

Почти четыре десятка лет он был ведущим телепрограммы "Очевидное - невероятное", которая впервые вышла в эфир 24 февраля 1973 года. Сергей Капица включён в Книгу рекордов Гиннеса как телеведущий, имеющий самый долгий стаж ведения программы.

Сергей Петрович Капица одним из первых занялся подводным плаванием в Советском Союзе. Его подводный фильм о Японском море с успехом демонстрировался на международных кинофестивалях, в том числе в Каннах, уступив только фильму Жака-Ива Кусто.

В феврале 2012 года Капица стал первым лауреатом золотой медали Российской академии наук за выдающиеся достижения в области пропаганды научных знаний. Среди наград Капицы - орден «За заслуги перед отечеством», «Орден почета», Государственная премия СССР и премия «ТЭФИ».

Сергей Петрович Капица ушёл из жизни 14 августа 2012 года, похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве рядом с могилой отца.

Сергей Капица. Линия жизни / Телеканал Культура: https://www.youtube.com/watch?v=-6sR5-buu3k