Родился в 1953 году в семье киномеханика. В 1975—1980 годах учился во ВГИКе (мастерская Л. В. Косматова), после окончания которого стал оператором на киностудии «Ленфильм». Работал почти на всех культовых картинах Алексея Балабанова , среди которых «Счастливые дни», «Брат», «Про уродов и людей», «Брат 2», неоконченная «Река», «Война» и «Мне не больно».
Астахов не только оператор ставших уже классикой фильмов Сельянова, Микаэляна, Мельникова, но еще изобретатель, инженер-конструктор, который всегда отыскивал решения для возникающих на площадке технических трудностей. Так, его навыки в автомеханике пригодились в «Скорости» Дмитрия Светозарова, а в «Салюте-7» была придумана особая технология съемки для имитации невесомости.
Считает, что операторы делятся на техников и творцов. Некоторые режиссеры замечали, что Астахову удается находить баланс между техникой и творчеством. Сам же Сергей Валентинович убежден, что он скорее техник, а в художественных заслугах «виноваты» режиссеры, с которыми ему везло. Такое сотрудничество позволяло максимально точно визуализировать сценарий.
Является одним из героев книги Наума Аврунина «Великолепная семерка. Кинооператоры Ленинграда», вышедшей в издательстве «Сеанс».