Родился 25 сентября (8 октября) 1901 года в Москве. Детство и юность провёл в городе Химки Московской области. Окончил коммерческое училище.

В армии с 1919. В 1921 окончил Московскую аэрофотограмметрическую школу. В 1921-1924 совмещал воинскую службу с учёбой в Московском государственном университете.

С 1922 - на лётно-испытательной работе в Научно-испытательном институте ВВС. Как наблюдатель-хронометрист участвовал в испытаниях самолётов, успешно разрабатывал методы и средства аэронавигации. Активно участвовал в создании приборов аэрофоторазведки и решении проблем боевого применения авиации в ночных, высотных и "слепых" полётах, а также бомбометания из-за облаков. Создал первую в стране инструкцию по пилотированию по приборам, в 1935 написал учебник по аэронавигации. Участвовал в ряде ответственных дальних перелётов по стране и за рубежом. В 1931-1935 был флаг-штурманом групп тяжёлых самолётов, участвовавших в воздушных парадах над Москвой.

12-14 июля 1937 года в качестве штурмана на самолёте АНТ-25 (командир экипажа - М.М.Громов, второй пилот - А.Б.Юмашев) совершил беспосадочный перелёт Москва - Северный полюс - Сан-Джасинто (США) протяжённостью 10148 км по прямой (полётное время - 62 часа 17 минут). Были установлены 3 мировых авиационных рекорда дальности полёта. Весь экипаж (первыми среди отечественных авиаторов) был удостоен медалей де Лаво (награды ФАИ).

За выполнение перелёта и проявленные при этом мужество и героизм 1.09.1937 присвоено звание Героя Советского Союза.

В 1943-1944 - начальник Научно-испытательного института спецслужб ВВС, в 1944-1951 - заместитель начальника Научно-испытательного института ВВС и начальник Управления ВВС. Один из организаторов штурманской службы в ВВС. В 1951-1953 - помощник Главнокомандующего ВВС по радиотехнической службе. В 1953-1959 - начальник Управления ВВС. В 1959-1960 - в научной группе при Главнокомандующем ВВС. С 1960 - в отставке.

Жил в Москве. Умер 28 декабря 1978 года. Похоронен в Москве, на Кунцевском кладбище.

Генерал-лейтенант-инженер (1943). Награждён 2 орденами Ленина, 2 орденами Красного Знамени, орденами Суворова 2-й степени, Отечественной войны 1-й степени, 2 орденами Красной Звезды, медалями. Удостоен награды ФАИ - медали де Лаво (1937).

Мировые авиационные рекорды, установленные С.А.Данилиным

Абсолютный рекорд - рекорд для любых классов самолётов. 

Класс С - сухопутные самолёты (по классификации 1930-х годов)