Учился в школе Находки, активно занимался спортом, принимал участие в баскетбольной универсиаде. Занятия баскетболом он не бросил и потом, переехав в Ленинград.
2 года проходил службу в Советской армии, после – работал в строительстве.
С 1985 года (по исполнении 16 лет) семья Сергея Махлая жила в Тольятти. Там он закончил бакалавриат Тольяттинского политехнического института, а вот степень магистра получил уже в США, Университете Северной Каролины.
В Штатах Сергей Махлай более десяти лет занимал руководящую должность в компании, занимающейся продажей оборудования для химической промышленности и торговлей недвижимостью.
Получив солидный опыт за рубежом, Сергей Махлай вернулся в Россию и продолжил работу на родине. В 2005 году стал членом Совета директоров РТС-банка.
Сегодня Сергей Махлай является единственным владельцем «Тольяттихимбанка», с марта 2011 года бессменно занимает должность председателя Совета директоров ОАО «Тольяттиазот».
До него кресло руководителя занимал отец, Владимир Николаевич Махлай. Не смотря на родство, взгляды и управленческие принципы у них разнятся: с приходом Махлая-младшего произошло много изменений в разных сферах деятельности корпорации. Прежде всего, можно отметить заметный рост выплаты дивидентов, широкое привлечение инвестиций и курс на полную модернизацию производства. Молодому руководителю удалось успешно решить острую проблему снижения эффективности и износа оборудования, повысить КПД, обратить внимание на мотивационные программы.
Сергей Махлай запустил масштабную кампанию по реализации различных социальных программ. Так, «Тольяттиазот» активно поддерживает сотрудников предприятия, организует различные мероприятия для ветеранов и пенсионеров, имеет многочисленные инвестиционные фонды, выделяет средства на возведение храмов и прочее.
При Сергее Махлае произошла резонансная акция заводчан, направленная на «защиту традиционных российских ценностей — религии, семьи, нравственности»; на мероприятие были приглашены участница коллектива Pussy Riot.
В своих интервью и публичных заявлениях Сергей Махлай постоянно подчёркивает, что «Тольяттиазот» был и остается российской компанией, и старается доказать это не только словом, но и делом.