Герой Советского Союза (1945), заслуженный военный лётчик СССР, генерал-полковник авиации (1975).
В 1942 году окончил Сталинградскую военную авиационную школу, воевал в составе 4-й воздушной армии на различных фронтах, участвовал в разгроме гитлеровских войск на Украине, в Белоруссии, Польше, на территории Германии, совершил 574 боевых вылета, лично сбил 4 вражеских самолета. После войны Командовал авиационным полком, авиационной дивизией (1957-1959), воздушной армией (1967-1971). С 1971 г. советник командующего ВВС Египта. С 1973 г. вице-президент ФАИ. С 1987 г. председатель Федерации авиационного спорта СССР. Имеет государственные награды. Известно также, что С.И. Харламов был главным консультантом на съёмках фильма "В бой идут одни старики".
Скончался С.И. Харламов 5 мая 1990 года, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (11 уч. 2 ряд). Рядом с ним в 2013 г. похоронили супругу, известную лётчицу
Н.В. Попову.