Народився в родині телеграфіста-залізничника. У 1931 році закінчив Кізлярський агропедагогічний технікум, після чого працював у школі, одночасно був інструктором-методистом Кізлярського районного відділу народної освіти.
З 1939 по 1947 рік — у Червоній армії, закінчив річну школу авіаційних штурманів, а потім курси політичного складу. Учасник німецько-радянської війни, служив у Військово-повітряних силах СРСР.
У 1947—1949 роках — секретар Білогірського районного комітету ВКП(б) з кадрів Кримської області.
У 1949—1951 роках — 1-й секретар Старокримського міського комітету ВКП(б) Кримської області.
У 1951 році — завідувач адміністративного відділу Кримського обласного комітету ВКП(б).
У 1951—1958 роках — 1-й секретар Ялтинського міського комітету КПРС (КПУ) Кримської області. У 1957 році заочно закінчив Вищу партійну школу при ЦК КПРС.
У 1958—1959 роках — 1-й заступник голови виконавчого комітету Кримської обласної ради депутатів трудящих.
У 1959—1969 роках — 1-й секретар Сочинського міського комітету КПРС Краснодарського краю.
У березні 1969 — червні 1973 року — голова виконавчого комітету Краснодарської крайової ради депутатів трудящих.
4 травня 1973 — 23 липня 1982 року — 1-й секретар Краснодарського крайового комітету КПРС.
Указом Президії Верховної Ради СРСР від 7 грудня1973 року за великі успіхи, досягнуті у Всесоюзному соціалістичному змаганні, і виявлену трудову доблесть у виконанні прийнятих зобов'язань по збільшенню виробництва і продажу державі зерна та інших продуктів землеробства в 1973 році Медунову Сергію Федоровичу присвоєно звання Героя Соціалістичної Праці з врученням ордена Леніна і золотої медалі «Серп і Молот».
У липні 1982 — травні 1983 року — заступник міністра плодоовочевого господарства СРСР.
У 1983 році в рамках проведеної тоді Юрієм Андроповим чистки партійних органів, був у червні 1983 року виведений зі складу ЦК КПРС (з формулюванням: «за допущені помилки в роботі») після висунення йому звинувачень в корупції у зв'язку з «сочинсько-краснодарською справою», які згодом були з нього зняті.
З травня 1983 року — на пенсії у Москві. У 1990 році, після довгих розглядів, був повністю виправданий і відновлений у членах КПРС.