Серге́й Ната́нович Бернште́йн (22 февраля [5 марта] 1880, Одесса, Херсонская губерния, Российская империя — 26 октября 1968, Москва, СССР) — советский математик, профессор Харьковского и Московского университетов, академик АН СССР. Сын физиолога Натана Бернштейна, брат психиатра Александра Бернштейна.
С. Н. Бернштейн получил своё математическое образование в Париже. Два сезона он провёл в Геттингене. Его учителями были Пикар, Гильберт и Адамар. Его диссертация 1904 года была посвящена решению 19-й проблемы Гильберта. Им найдены условия аналитичности решений уравнений второго порядка эллиптических и параболических типов; развиты новые методы решения граничных задач для нелинейных уравнений эллиптического типа; совместно с учениками создана новая ветвь теории функций — конструктивная теория функций. При доказательстве аппроксимационной теоремы Вейерштрасса Бернштейном были построены полиномы, оказавшиеся полезными в самых разных областях математики. Теперь их называют полиномами Бернштейна. В теории вероятностей Бернштейном предложена первая (1917) аксиоматика; продолжены и в определённом смысле завершены исследования петербургской школы Чебышёва — Маркова по предельным теоремам; разработана теория слабозависимых случайных величин; исследованы стохастические дифференциальные уравнения и указан ряд применений вероятностных методов в физике, статистике и биологии.
Вернувшись в Россию и не получив разрешения на работу в Москве, выбрал Харьков. Бернштейн стал одним из первых советских академиков. Его имя привлекало в Харьков многих известных математиков. Он делал доклады в Кембридже, Сорбонне, Болонье, Цюрихе.
В 1907—1933 годах преподавал в Харьковском университете. Профессор механико-математического факультета МГУ (1944—1947).
С 1924 года — член-корреспондент АН СССР; с 1929 года — академик. Академик АН Украинской ССР (1924).
В 1942 году присуждена Сталинская премия за научные труды в области математики: «О суммах зависимых величин, имеющих взаимно почти нулевую регрессию», «О приближении непрерывной функции линейным дифференциальным оператором от многочлена», «О доверительных вероятностях Фишера».