Педагогами юного музыканта стали Николай Рубинштейн, у которого он занимался как пианист, и Петр Чайковский, обучавший его композиции («свободному сочинению»), у которого Сережа был любимым учеником, а затем - близким другом до конца дней.
Сергей с блеском оканчивает консерваторию (1875) и первым в ее истории получает большую золотую медаль.
Его самостоятельная творческая жизнь начинается с сольных выступлений и многочасовых занятий за роялем.
В 21 год он был приглашен преподавать в Московскую консерваторию, в 1885–1888 г. по просьбе Чайковского возглавил ее.
Став профессором, Танеев не изменил своей привычке учиться. В 1905, в знак солидарности с Н.А. Римским-Корсаковым, уволенным из Петербургской консерватории, Танеев ушел из консерватории и стал одним из основателей и педагогов Народной консерватории, где взрослые могли научиться игре на инструментах, сольному и хоровому пению, посетить курс теории музыки.
Вот лишь некоторые из его учеников: Сергей Рахманинов, Александр Скрябин, Николай Метнер, Константин Игумнов - ярчайшие имена отечественной культуры.
Танеев изучил множество полифонических партитур XVI–XVIII в., сам написал огромное количество контрапунктов, а «секретные коды» перевел на язык элементарных алгебраических приемов. Пользуясь ими, и студенты, и профессионалы могли получить множество комбинаций исходного варианта сочетания голосов. Благодаря «математическим формулам» композитор и ученый смог раскрыть секреты мастерства композиторов прошлых эпох, приоткрыв тайну моцартовской гениальности.
После смерти Рубинштейна и Чайковского Танеев оказался центральной фигурой музыкальной жизни - как педагог, пианист, дирижер, ученый.
Но главное - он был музыкантом огромного кругозора, безупречного вкуса и человеком высочайшей нравственной чистоты и ответственности.
Танеева справедливо называли «музыкальной совестью Москвы». В этом неофициальном звании отражены многие стороны личности Танеева. Он был заражен вирусом творчества, и в каждом труде - будь то сочинение симфонии или исследование фольклора - был честным и дотошным.
В апреле 1915 Москва хоронила ученика Танеева, композитора Александра Скрябина. Танеев пришел на прощание уже простуженным и получил осложнение и умер.
Был похоронен на кладбище Донского монастыря в Москве, рядом с могилой матери. В 1940 останки были перенесены на Новодевичье кладбище.