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“.