Sergueï Ouroussevski est né à Saint-Pétersbourg. Très jeune, il s'intéresse au cinéma mais est encore plus passionné par la peinture et entre dans une école des Arts et Techniques de Léningrad puis à l'Institut des Arts décoratifs de Moscou dont il sortira diplômé en 1935. Dès 1932 il affirme son intention de devenir opérateur pour le cinéma. C'est avec Poudovkine, qui tournait alors La Victoire aux studios Mejrabpomfilm, que Ouroussevski aura sa première expérience cinématographique.
Chef-opérateur de génie, Ouroussevski se rendit célèbre dans le monde entier avec le film de Kalatozov Quand passent les cigognes où il fit preuve d’une audace photographique inédite. Il renouvela ses prouesses techniques comme chef-opérateur de Kalatozov dans Lettre inachevée et dans Soy Cuba. Il mit par ailleurs son talent au service de nombreux réalisateurs soviétiques, tels Donskoï, Raïzman, Poudovkine, Tchoukhraï. Il devint lui-même réalisateur dans les dernières années de sa vie.
