Фабрикант, помещик, инженер, благотворитель и общественный деятель. Камер-юнкер двора императора Николая I (c 1845 г.). Действительный статский советник.
Родился 8 марта (по ст. ст.) 1820 г. в Тамбове. В семье видного российского промышленника французского происхождения, советника коммерции Мартина (Мартына) Львовича Лиона и Татьяны Ивановны Лион (Араповой), состоявшей в родстве с Ланскими и Пушкиными.
Окончил Петербургский институт Корпуса инженеров путей сообщения (1838). За шесть лет сделал небольшую военную карьеру: от кадета (1835) до капитана (1841). Затем был назначен в резерв и уволен со службы в связи с возникшими у Т. И. Лион сложностями по управлению имуществом покойного мужа.
Двадцать лет (с 1841 г.) руководил семейными делами в Тамбовской губернии. Его суконные фабрики в с. Бондари (Анастасьевское) Тамбовского уезда (ныне районный центр) считались самыми крупными в губернии. На предприятиях, оснащённых современным оборудованием (водяной и двумя паровыми машинами), 1650 вольнонаёмных и 1028 поссессионных и приписных рабочих производили из натурального сырья различные виды сукон по самым высоким стандартам качества. Поставки осуществлялись, в том числе и в армию и на флот, особенно в период Крымской войны 1853−1856 гг.
С. М. Лион владел суконной фабрикой и на территории второго своего имения в с. Спасское (Кашма) Моршанского уезда (ныне с. Волхонщина Пичаевского района), а также несколькими перерабатывающими заводами, мельницей с сукновальней в с. Бычки Тамбовского уезда (ныне Бондарского района), городскими усадьбами и земельными участками в Тамбове и т. д.
Газета «Тамбовские губернские ведомости» в 1863 г. обращала внимание на то, что «более всех в губернии распространяет благоденствие в народе С. М. Лион, у которого в имении, на пространстве каких-нибудь 40 верст, устроено 3 суконных фабрики, 6 винокуренных заводов и один свеклосахарный».
Был щедрым филантропом. Передал один свой дом в Тамбове для размещения пансиона при Тамбовской губернской мужской гимназии (1846), а другой − для открытия Мариинского детского приюта (1847).
Почётный попечитель Тамбовской губернской мужской гимназии (1843−1858), член совета Александринского института благородных девиц (1843−1855), директор «попечительного о тюрьмах» комитета.
Дважды избирался тамбовским губернским предводителем дворянства. На этом посту (1855−1860) способствовал формированию и снаряжению военных дружин от Тамбовской губернии, а также снабжению продовольствием действующей армии, в частности Кавказского корпуса и Балтийского флота (1857). За эту деятельность он был пожалован чином статского советника (1858) и неоднократно получал благодарности от императора.
Награждён орденами Святого Станислава II степени (дважды), Святого Владимира IV степени, Святой Анны III и II степени.
После отмены крепостного права в 1861 г. С. М. Лион испытывал серьёзные трудности при управлении своими предприятиями и имениями. В 1868 г. его бондарские суконные фабрики и винокуренный завод перешли во владение братьев Михаила и Николая Ляпиных, воронежских купцов.
В 1861−1862 гг. Сергей Мартынович был причислен к Министерству внутренних дел, позже (с 1883 г.) − к Министерству путей сообщения, где исполнял обязанности старшего помощника делопроизводителя Управления железных дорог, а также «был занят на службе по приведению в порядок библиотеки МПС и переводу её в другое место» (1883−1889). Неоднократно выезжал за границу для лечения. Скончался С. М. Лион 29 декабря 1906 г. в Москве. Был похоронен в Тамбове.