Сергей Юрьевич родился 26 апреля 1956 года в городе Москве.
В 1973 поступил на «Факультет управления и прикладной математики» Московского физико-технического института (МФТИ), а в 1979 году в очную аспирантуру МФТИ, одновременно по совместительству с 1977 года работал в ГосНИИ авиационных систем (тогда НИИАС) в должности техника, инженера, младшего научного сотрудника. С 1982 года - штатный сотрудник ГосНИИАС, в котором прошел путь от младшего научного сотрудника, начальника сектора и начальника лаборатории до заместителя начальника института по информационным технологиям (с 1997 г.), первого заместителя Генерального директора (с 2005 г.) и Генерального директора (с марта 2006 г.)
С.Ю. Желтов - известный учёный в области систем машинного зрения и обработки информации в системах управления, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, «Почетный машиностроитель».