Роился в 1802 году, сын рижского генерал-губернатора Осипа Осиповича Дюгамеля и его жены Генриетты Карловны урождённой баронессы фон Гейкинг.
Образование получил в Пажеском крпусе, по окончании которого в 1820 году был произведён в прапорщики и назначен на военную службу в Гренадерский императора Австрийского полк.
В 1821 году переведён в лейб-гвардии Семёновский полк, в котором последовательно получил чины подпоручика в 1822 году, поручика в 1825 году, штабс-капитана в 1829 году, капитана в 1832 году; в 1835 году произведён в полковники с переводом в лейб-гвардии Московский полк и в следующем году переведён обратно в Семёновский полк.
В рядах Семёновского полка Дюгамель принимал участие в русско-турецкой войне 1828—1829 годов, где сражался под Варной, и в кампании 1831 года против восставших поляков, где был в сражении при Жолтках и штурме Варшавских предместий.
11 декабря 1840 года Дюгамель за беспорочную выслугу 25 лет был награждён орденом св. Георгия 4-й степени (№ 6219 по кавалерскому списку Григоровича—Степанова).
В 1841 году Дюгамель был назначен адъютантом наследника цесаревича Александра Николаевича. В 1843 году произведён в генерал-майоры, с назначением командиром бригады запасных батальонов 1-й гвардейской пехотной дивизии и с зачислением по гвардейской пехоте.
Уволен от службы в 1849 году. Скончался в 1865 году.
По характеристике О. Р. Фреймана «Сергей Осипович был человек весьма умный и начитанный, флегматик, донельзя рассеянный, выше всего он ставил свой комфорт».
Его братья: Александр (генерал-губернатор Западной Сибири, член Государственного совета), Карл (известный историк-юрист), Михаил (адмирал, член Адмиралтейств-совета).
