1959-cu ildə ADU-nun kimya fa­kültəsinə qəbul olaraq 1964-cü ildə «kimyaçı» ixtisası üzrə bitirmişdir. 1967-ci ildə M.Əzizbəyov adına Azər­baycan Neft və Kim­ya İnstitutunun (indiki ADNA) aspiranturasına daxil olmuş, 1970-ci ildə namizədlik, 1981-ci ildə isə M.Lomonosov adına Moskva Zərif Kimya Texnologiyası İnstitutunda doktorluq dissertasiyasını müdafiə etmişdir. 1970-1982-ci illərdə Azərbaycan Neft və Kimya İnstitutunda kiçik, sonra böyük elmi işçi, elmi-tədqiqat şöbəsinin kimya bölməsinin rəhbəri, «Üzvi kimya» kafedrasının dosenti və elmi işlər üzrə prorektorun müavini vəzifələrində çalışmışdır. 1982-ci ildən indiyədək «Üzvi kimya» kafedrasının müdiri, 1988-1997-ci illərdə kimya-texnologiya fakültəsinin dekanı olmuşdur. 1997-ci ildən Azərbaycan Dövlət Neft Akademiyasının rektoru olub. Onun geniş elmi maraq dairəsi doymamış heteroatomlu üzvi birləşmələrin alınma üsullarının işlənməsi, quruluşunun öyrənilməsi, kimyəvi reaksiyaların qanunauyğunluqları və praktiki cəhətdən faydalı xassələrinin aşkara çıxarılmasına həsr edilmişdir. S.F.Qarayev 550-ə yaxın elmi əsərlərin müəllifidir. O, «Azərbaycan ali texniki məktəblərinin xəbərləri» elmi jurnalın baş redaktoru, «Qoşa ulduz» ictimai-siyasi-beynəlxalq jurnalın və «Vışka» qəzetinin redaksiya heyətlərinin üzvü olub. Akad. S.F.Qarayev «SSRİ Neft-Kimya və Neftayırma Sənayesi Əlaçısı», «SSRİ-nin Fəxri kimyaçısı», Azərbaycanın Əməkdar Elm Xadimi adlarına layiq görülmüşdür. O, 2012-ci ildə “Şöhrət“ ordeni ilə təltif olunmuşdur.