С.М. Бархин окончил МАРХИ  в 1962 г. После окончания института работал по специальности, но, оставив практические занятия архитектурой, занялся иллюстрированием книг и оформлением спектаклей.

Первые книги и первые спектакли («Баллада о невеселом кабачке» Э. Олби, «Народовольцы» А. Свободина — в «Современнике», 1967 и «Тартюф» Мольера — в театре на Таганке, 1968) осуществил в содружестве с М. Аникстом, после чего началась активная самостоятельная работа. Первым таким проектом стала «Чайка» в «Современнике» в постановке О. Ефремова.

В 70-е годы С.М. Бархин много работал в провинции - Горьком, Свердловске, Саратове, Куйбышеве, оформлял спектакли в Вильнюсе и Москве. С ним активно сотрудничали  Р. Виктюк – «Татуированная роза» Т. Уильямса (МХАТ), «Царская охота» Л. Зорина (театр им. Моссовета); В. Фокин – «Кто боится Вирджинии Вульф» Э. Олби (театр «Современник»). 

В 80-х гг. С.М. Бархин много работает с  К. Гинкасом и Г. Яновской. В 1988-1990 гг. С.М. Бархин – главный художник Музыкального театра им. К.С. Станиславского и В.И. Немировича-Данченко, в 1995-2000 гг. – главный художник Большого театра. С.М. Бархин – профессор на факультете сценографии в РИТИ (ГИТИС).