С 1991 года работал в Тверьуниверсалбанке, сначала был директором Московского филиала, позднее вице-президентом по управлению филиалами Московского региона, в 1993 году стал первым вице-президентом.

В июле 1996 года после введения временной администрации в связи с кризисом в Тверьуниверсалбанке был отстранен от должности.

В 1996-1997 годах был руководителем управления рынка долговых обязательств акционерного коммерческого банка «Международная финансовая компания» (МФК); с октября 1997 по апрель 1999 года — заместитель, первый заместитель председателя правления АКБ «МФК».

С апреля 1999 года является председателем совета директоров инвестиционной группы «Русские фонды».

10 июня 2013 года совет директоров ОАО «Санкт-Петербургская биржа» собрался  впервые в новом составе и избрал С. А. Васильева своим председателем. Возглавлял совет директоров Санкт-Петербургской биржи до 2016 года включительно.

В конце мая 2016-го в СМИ появилась информация о том, что инвестгруппа Сергея Васильева купила лондонского алмазного трейдера ARCOS.