Степан Степанович Пименов родился в 1784 году в Петербурге в семье служащего. Его отец — Степан Афанасьевич имел скромный чин губернского секретаря.

В 1795 году Степана приняли в число воспитанников Академии художеств. Согласно действующему тогда уставу, все воспитанники Академии разделялись на пять возрастов. Мальчик был зачислен прямо во второй возраст, что позволило ему довольно быстро окончить Академию.

Степан вскоре выделился среди товарищей своими незаурядными способностями. Он неоднократно получает за свои успехи медали: в 1801 году — Первую серебряную медаль «за лепление с натуры», а в 1802 году — Первую золотую медаль за барельефную композицию «Юпитер и Меркурий, посещающие в виде странников Филемона и Бавкиду». Уже в «Юпитере» можно отметить характерную в дальнейшем для Пименова мягкую выразительную лепку.

Ещё до окончания Академии художеств, в 1802 году, Пименов принимает участие в ответственном конкурсе на создание надгробного памятника одному из крупнейших русских скульпторов — Михаилу Ивановичу Козловскому.

По условиям объявленного конкурса молодым художникам было предложено исполнить программу, «в коей изобразили бы они соответственно способностям и добродетелям своего учителя чувства свои…»

Основным его конкурентом оказался Демут-Малиновский, с которым Пименова будет связывать в дальнейшем многолетняя дружная работа. Победителем был признан Демут-Малиновский, а Пименов получил Вторую золотую медаль.

Как отмечает И.М. Шмидт: «Выполненная С.С. Пименовым модель памятника Козловскому — одно из поэтичнейших произведений русской скульптуры. В образе печально склонившейся женщины с наброшенным на голову покрывалом ему удалось передать чувство необыкновенно тонкой грусти, исполненной в то же время величавого спокойствия. Глубокая скорбь не омрачает идеально прекрасных черт лица женщины. Чувство печали передано прежде всего склонённостью головы женщины, скорбно наброшенным на неё покрывалом и в опущенной вниз руке, едва держащей молоток ваятеля, который, кажется, готов выскользнуть из пальцев.

Редкой красотой отличаются силуэт печально склонившейся фигуры, линия шеи, плечи и жест выразительно опущенной правой руки».

Осенью 1803 года, награждённый Большой золотой медалью за выполненную программу «Умерщвление двух варягов-христиан, отказавшихся поклониться Перуну», Пименов блестяще заканчивает Академию, получив при выпуске аттестат первой степени, шпагу и звание художника 14-го класса.

Сложная международная обстановка не позволила Пименову поехать пенсионером за границу, хотя, получив Большую золотую медаль, он и имел на это право. Пименов так и не поехал впоследствии за границу. Всю свою жизнь он безвыездно прожил в России.

По представлению президента Академии лучшие выпускники 1803 года были оставлены при ней, «дабы под руководством своих профессоров могли они приобресть вящие успехи не яко уже ученики, а как художники…»

В 1804 году Пименов включается в работу над скульптурой для Казанского собора. Закладка собора по проекту Воронихина явилась знаменательным событием в общественной и художественной жизни того времени.

К 1807 году Пименов исполняет бронзовую статую князя Владимира. Киевский князь, стоявший у начал русского государства, показан волевым, исполненным воинственного мужества вождём своего народа. В одной руке он держит деревянный, грубо сбитый крест, попирающий языческий жертвенник, в другой — меч. Лицо его сурово.

«Созданный скульптором образ князя Владимира, известного деятеля древнерусского государства, производит на нас впечатление большого мужества и силы, — пишет И.М. Шмидт. — В нём Пименов меньше всего хотел показать „святого“, каким пыталась представлять Владимира христианская церковь, — перед нами настоящий воин, или, скорее всего, герой-полководец. Даже крест, данный здесь как необходимый атрибут, воспринимается нами как оружие, на которое опёрся воин.

Полуобернувшись влево, сжимая рукоятку короткого меча, Владимир смотрит перед собой сосредоточенно и сурово. Черты князя мужественны и исполнены большого благородства. Хорошо передана сильная шея, энергично посаженная голова. Упор всего тела сделан на правую ногу, левая согнута в колене и чуть отставлена. Стремясь придать статуе больше устойчивости, Пименов набрасывает на руку князя тяжёлый меховой плащ.

Общему впечатлению силы, энергии и напряжённости образа способствует, в частности, мастерская передача скульптором сильных рук героя. Реалистично и убедительно передана Пименовым кисть руки Владимира, держащей меч. Превосходно дана проработка формы руки: чувствуется, что эта рука действительно сжимает рукоятку меча».

По окончании статуи князя Владимира успешно справившемуся с порученной работой молодому скульптору заказывают в 1807 году другую статую — Александра Невского, исполнение которой первоначально поручили Щедрину.

В 1809 году, когда Пименову исполнилось двадцать пять лет, его привлекают к преподавательской работе. 20 марта этого же года было заслушано специальное предложение президента Академии художеств, в котором говорилось: «…Многие скульптурные произведения г. академика Пименова, заслужившие одобрение как всей Академии, так и многих почётных любителей художеств служат несомненным доказательством отличных его талантов и примерной деятельности. Находя, с одной стороны, нужным дать сему достойному художнику обширнейший круг деятельности и желая, чтобы приобретённые им сведения обратились также в пользу воспитанников Академии… предлагаю произвесть г. академика Пименова в адъюнкт-профессоры и поручить ему адъюнкт-профессорскую должность».

Преподавательская деятельность Пименова в Академии художеств продолжалась почти до самой смерти скульптора.

15 июня 1809 года Пименова пригласили на работу в императорский фарфоровый завод в Петербурге «управляющим первого инспекциона по скульптурной части».

Эта область творчества Пименова до сих пор исследована мало. Есть сведения, что за двадцать с лишним лет работы на фарфоровом заводе Пименовым лично был исполнен целый ряд моделей статуэток и небольших скульптурных композиций, по которым потом создавались фарфоровые фигурки и группы. Успешная многолетняя работа скульптора была отмечена наградами и поощрениями.

В 1809 году Пименов снова работает с Воронихиным при строительстве Горного института. Неглубокому 12-колонному портику, выступающему на набережную, кажется, тесно от огромной потенциальной энергии, заложенной в его дорических формах. Он словно медленно погружается в стилобат. Архитектор остроумно снимает это напряжение двумя скульптурными группами на углах лестницы: «Похищение Прозерпины» Демут-Малиновского и «Геркулес и Антей» Пименова. Тематически, обыгрывая символику земных недр и сил, они соотносятся с назначением самого института, где преподавались науки, «имеющие отношение до рудокопного и плавильного искусства».

«Произведение Пименова обладает исключительно высокими художественными качествами, — пишет И.М. Шмидт. — Реалистично переданы движения и сами тела борющихся, прекрасно проработана их сильная мускулатура. Чувствуется, что мастер шёл здесь от живой натуры. Вся скульптурная группа отличается удивительной целостностью и компактностью композиции, богатством и выразительностью различных точек зрения. Наиболее устойчивое впечатление группа производит при фронтальном рассмотрении. Подвижность, динамичность её лучше всего выявляется при рассмотрении справа (если считать от зрителя). Группа „Геркулес и Антей“, стоящая на лестнице Горного института, массивна и тяжела по пропорциям своих фигур. Эти особенности обусловлены прежде всего тяжёлыми формами портика здания, на фойе которого установлены изваяния С.С. Пименова и В.И. Демут-Малиновского».

Деятельность скульптора далеко не исчерпывалась указанными работами. К 1810 году относится исполнение им надгробного памятника князю М.М. Голицыну, установленному в церкви Донского монастыря в Москве. Известно, что Пименов принимал участие в конкурсе на создание памятника Минину и Пожарскому, был занят выполнением ряда портретных бюстов.

В сентябре 1814 года Степан Степанович удостаивается звания профессора «по колоссальной статуе, представляющей Славу, и по прежним известным его работам», как сообщает краткая запись в журнале определений Совета Академии художеств.

В 1815 году Пименов принимает участие в украшении Адмиралтейства, спроектированного А.Д. Захаровым. Скульптором были изваяны 16 статуй для внешнего украшения башни, главного фасада и павильонов со стороны набережных. Фигуры, согласно аллегорической программе, олицетворяли стихии и времена года — «Огонь», «Лето», «Воздух», страны света — «Азия», «Америка», реки — «Днепр», «Нева». Эту большую работу постигла печальная участь: в 1860 году, по варварскому распоряжению Александра II, скульптуры были сняты, якобы по причине ветхости, и уничтожены.

Примерно с 1817 года начинается новый период деятельности Пименова — его многолетнее творческое содружество с архитектором К.И. Росси, приведшее к созданию целого ряда произведений монументально-декоративной скульптуры.

В 1819–1820 годах Пименов совместно со скульпторами Мартосом, Демут-Малиновским и Прокофьевым работал над созданием больших гипсовых барельефов, предназначенных для помещения под сводами потолка вновь построенной чугунной лестницы в Академии художеств. Пименов исполнил барельеф «Живопись».

Затем вместе с Демут-Малиновским Пименов работает над скульптурным оформлением следующих крупных сооружений Росси: Елагинского и Михайловского дворцов. Для них мастер выполнил монументально-декоративные произведения самого различного характера.

В 1827 году Пименов снова работает с Росси. Наступила пора увенчать здание Главного штаба, перестроенного великим архитектором, скульптурной группой «Слава», которая должна была придать уникальному ансамблю Дворцовой площади особую полноту гражданственного, патриотического звучания.

Шестиконная колесница с фигурой «Славы» (или «Победы») — просто изобразительное украшение. Стремительная лёгкая дуга здания, обнимающая площадь, с прорывом двойной арки, откуда открывалось великолепие белоколонного старого дворца, ждала этого ликующего и вместе с тем торжественного завершающего аккорда. И Пименов вместе с Демут-Малиновским создали бесспорный шедевр. Их сотворчество было столь стилистически безукоризненно, что и поныне невозможно до конца чётко разделить меру участия каждого. Пименову принадлежат, как считают исследователи его творчества, фигура «Славы», воин, ведущий коня правой рукой, фигуры летящих «Слав», воинов и военная арматура на фасадах арки и здания. Работа над ансамблем Дворцовой площади стала лучшим, пожалуй, эпизодом творческой судьбы мастера, и созданное им явилось высшим достижением его искусства.

В 1830 году начинается драматическая по своим биографическим перипетиям история оформления Нарвских ворот В.П. Стасова. В этот год на Пименова и академических товарищей его по несчастью обрушивается монаршая немилость. Николаю I показались недостаточно профессиональными работы этих заслуженных профессоров, представленные на выставке в Академии. В случае с Пименовым — портреты самого государя и его супруги.

Но Николай находит другую причину для отставки скульптора. Рассмотрев доставленный ему ряд моделей скульптурных произведений для строящихся новых Нарвских триумфальных ворот, Николай безапелляционно объявляет, что модели Пименова будто бы «имеют худую фигуру», и тут же распоряжается «пригласить других художников, как-то Гальберга и Орловского».

Так ещё полный сил, в зените своих творческих возможностей, интенсивно работающий скульптор остаётся не у дел, оказывается выброшенным из художественной жизни. Через три года после своей отставки он всё-таки заканчивает работу — фигуры «Славы» и правого воина — для Нарвских ворот. Но это уже печальный итог его художнической и человеческой судьбы.

22 марта (3 апреля) 1833 года Степан Степанович Пименов умер в возрасте сорока девяти лет. Без отца остались дочь и два сына. Старший сын, Николай, вскоре после смерти отца успешно заканчивает Академию художеств и становится известным скульптором.