Сергей Орехов родился 23 октября 1935 г. в Москве, в семье рабочего. Учился игре на гитаре частным образом у Владимира Кузнецова, затем служил в армии. После 1956 года выступал вместе с исполнительницей цыганских романсов Раисой Жемчужной, затем со своей женой, певицей Надеждой Тишининовой, затем в ансамбле Николая Эрденко. После этого вместе с Алексеем Перфильевым, организовал собственный гитарный дуэт. Часто вместо Перфильева в дуэте с Ореховым играл выдающийся балалаечник Валерий Минеев. На концертах играл исключительно на семиструнной гитаре, хотя хорошо владел шестиструнной. Занимался также переложениями на шестиструнную гитару музыки для семиструнной гитары. Современники отмечали феноменальную исполнительскую технику Орехова, особенно его беглость в пассажах, малодоступную другим гитаристам. Музыкант умер во время репетиции 19 августа 1998 года от сердечного приступа. Похоронен на Ваганьковском кладбище.