Сечин родился 7 сентября 1960 г. в Санкт-Петербурге (на тот момент — Ленинград). Учился в ЛГУ или Ленинградском государственном университете им. Жданова, впоследствии переименованном в СПбГУ. Окончил филологический факультет в 1984 г.
После выпуска из университета Сечин пошел в армию, где служил в 1984-1986 гг. Выполнял обязанности переводчика, работал в Анголе и Мозамбике. В последнем Сечин представлял внешнеторговое объединение «Техноэкспорт».
В 1988 г. на некоторое время вернулся в ЛГУ. В 1991 г. Сечин перешел в администрацию Санкт-Петербурга, возглавив в 1994 г. аппарат первого заместителя председателя правительства Санкт-Петербурга — председателя Комитета по внешним связям Владимира Путина.
В 1996 г. перешел в Москву, в Управление делами президента на пост замглавы отдела по работе с собственностью за рубежом управления внешнеэкономических связей
В 1998 г. Сечин защитил диссертацию в Санкт-Петербургском горном университете (на тот момент — институте). Темой работы была «Экономическая оценка инвестиционных проектов транзита нефти и нефтепродуктов: на примере нефтепродуктопровода Кириши — Батарейная».
В 1999 г. занимал различные должности в аппарате правительства РФ, вплоть до замглавы Администрации главы государства. Данный пост Сечин занял 31 декабря 1999 г.
В 2008-2012 гг. занимал пост вице премьера, отвечая за вопросы топливно-энергетического комплекса.
В 2004 г. Сечин вошел в высшее руководство «Нефтяной компании «Роснефть», возглавив совет директоров. На этом посту пробыл до 2011 г., став председателем правления и президентом 23 мая 2012 г.
В 2013 г. стал заместителем председателя совета директоров «Роснефти». В данный момент является председателем и главным исполнительным директором компании.
Сечин также входит в руководящие структуры других организаций, вроде «Интер РАО» и «Роснефтегаза», где он занимает пост председателя совета директоров. Руководит наблюдательным советом ЦСКА.