Родился 8 мая 1961 года в Оренбургской области. Семья переехала в город Коркино Челябинской области. По окончании местной средней школы поступил в здешний техникум промстройматериалов. Приобрел специальность техника-электрика. Работал на Коркинском цементном заводе.
4 мая 1980 года призван в Вооруженные Силы. В течение полутора лет проходил службу на территории СССР.
В Республику Афганистан прибыл в декабре 1981 года в 9 мотострелковую роту 191 отдельного мотострелкового полка (в/ч пп 39676) в район населенного пункта Газни — административного центра одноименной провинции. В ходе боевых действий проявил себя грамотным, отважным воином. Назначен заместителем командира 3 взвода.
24 января 1982 года во время военной операции его подразделение завязало бой с группой мятежников у поселения Ньязи. Старший сержант Меркулов уверенно командовал подчиненными, но сам получил смертельное ранение.
За мужество Сергей Леонидович награжден орденом Красной Звезды (посмертно).
Похоронен в Коркино. Родные проживали в Ханты-Мансийском автономном округе. Имя героя высечено на мраморной плите монумента погибшим в Афганистане воинам-интернационалистам Тюменской области, ХМАО-Югры, ЯНАО мемориального комплекса павшим защитникам Отечества в сквере Губкина столицы региона — города Тюмени (интернет-проект afgan.ru: «МЕРКУЛОВ Сергей Леонидович»).