Diplômé du Technikum de Leningrad (1929) puis de l'Institut des Arts plastiques de la même ville, Sergueï Ouroussevski est opérateur d'actualités sur le front russe entre 1942 et 1943. Il se fait connaître grâce à sa collaboration avec Marc Donskoï dans "L'institutrice du village" (1947), puis avec Youli Raizman et Vsevolod Poudovkine. Mais, il s'imposera principalement avec "Le Quarante et unième" de Grigori Tchoukhraï (1956) et surtout dans "Quand passent les cigognes" de Mikhaïl Kalatozov (1957), Palme d'or au Festival de Cannes 1958 et pour lequel il obtiendra le Prix de la Commission supérieure technique pour la photographie. Il réalisera, à son tour, deux films dans lesquels il tentera d'appliquer sa théorie de la "caméra émotionnelle" : "La Course du cheval" (1968), adaptation du roman "Adieu Goulsary" de Tchinguiz Aïtmatov, paru la même année et, en 1971, "Chante ta chanson, poète...", inspiré par Sergueï Essenine.