Представитель русского импрессионизма, создавший также целый ряд эталонных соцреалистических картин. В ранней живописи художника («Фронтовик», 1926, Третьяковская галерея) проступают черты умеренного кубизма («сезаннизма»). В «Клятве сибирских партизан» (1933, Русский музей) осваивает принципы революционно-пропагандистской «тематической картины». Если этот образ запоминается своей жесткой суровостью, то знаменитый «Колхозный праздник» (1937, ГТГ) выглядит как сценическая красочная феерия, сотканная из отдельных «сочных» кусочков. Одним из известнейших живописных полотен о войне стала «Мать партизана» (1943—1950, ГТГ). Сквозь всё творчество мастера проходят реальные впечатления постреволюционных потрясений и бед — прежде всего в повторяющихся мотивах соседствующего с его домом Лужецкого монастыря, разрушенного и варварски разоренного после его закрытия в 1926 году. В простых по сюжету, лирически-задушевных пейзажах (серия «Можайские пейзажи», 1954, ГТГ; и др.) живописный импрессионизм художника выразился наиболее органично. Окружающая реальность неразрывно соединилась в этих композициях с воспоминаниями о русской провинциальной старине. Иллюстрировал произведения М. Горького, Н. А. Некрасова и других авторов.
Проявил себя как опытный педагог. Ещё с 1912 года преподавал в художественной школе при типолитографии И. Д. Сытина, а затем во ВХУТЕМАСе — Высших художественно-технических мастерских, и других институтах. В 1943–1948 годах — директор Суриковского института. Профессор. Умелый и чуткий администратор, завоевав в середине века прочную репутацию осторожного, но стойкого либерала (за что в 1948 году был уволен с поста директора МГХИ имени В. И. Сурикова). В 1950—1964 годах занимал также пост директора Московского высшего художественно-промышленного училища (ныне Российский государственный художественно-промышленный университет имени С. Г. Строганова).
На родине художника в Можайске названа улица в его честь.
В 1985 году в Можайске к 100-летию со дня рождения Сергея Герасимова по инициативе его внучки Людмилы Герасимовой при поддержке Союза художников СССР был открыт его дом-музей[2].
