Серафим Андреевич Тихомиров родился 9 июля 1911 года в городе Усмани Тамбовской губернии в семье священнослужителя.

Его дед и отец были диаконами Христорождественской церкви села Студенки Усманского уезда Тамбовской губернии. Дед, Тихомиров Тимофей Малахиевич, служил в 1889–1911 гг., отец, Андрей Тимофеевич, – в 1912–1918-е. В семье, кроме Серафима, было еще три девочки. 

В 1918–1920 гг. Андрея Тимофеевича Тихомирова вместе с женой репрессировали, дальнейшая их судьба неизвестна. Четверо детей остались сиротами, их приютила жительница Усмани.

В 17 лет Серафим Тихомиров стал учителем сельской школы в селе Карамышево, а в 20 был назначен директором этой школы. Здесь он женился на молодой учительнице Вере Сергеевне Качановой, позже у них родились дочь Надя и три сына.

В 1933–1941 гг. С. А. Тихомиров работал в Липецком отделении Воронежского треста «Облпроект», пройдя путь от чертежника-конструктора до директора. В 1939 году он окончил заочное отделение Московского института инженеров коммунального строительства по специальности «промышленное и гражданское строительство».

С октября 1941 года С. А. Тихомиров на фронтах Великой Отечественной войны. В составе инженерно-минного батальона он прошел боевой путь от Саратова до Праги. Окончил войну в звании капитана. Был награжден орденами Отечественной войны I и II степени, Красной Звезды, медалями «За боевые заслуги», «За оборону Сталинграда», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.», а также благодарностями маршала Сталина. Завершил службу Серафим Андреевич в декабре 1945 года.

После войны в течение 11 лет, с 1 февраля 1946 по 10 ноября 1957 года, С. А. Тихомиров был главным архитектором г. Липецка, потом 14 лет, до выхода на пенсию в 1971 году, работал старшим архитектором в Управлении главного архитектора г. Липецка. В 1961–1963 гг. ему снова пришлось исполнять обязанности главного архитектора.

Под его руководством и при его участии в городе шло активное жилищное и гражданское строительство, в частности, были построены комплекс административных и жилых зданий на площади Ленина, террасы со стороны Соборного спуска к Комсомольскому пруду, а также Коммунальная площадь со стадионом, ансамбль застройки улиц Ленина, Зегеля, Советской, Первомайской и других; здания драматического театра, Дома культуры строителей, тракторного завода, заводов «Свободный сокол» и Студеновского рудоуправления, кинотеатр «Заря» (ныне управление Липецкой и Елецкой епархии); комплекс зданий институтов стали и сплавов и педагогического; дамба и мост через реку Воронеж.

С. А. Тихомирову липчане обязаны обустройством канала реки Липовки (выложены стены, создана водная пристань, установлены фонтаны и скульптуры), преобразованием Нижнего парка, благоустройством стремительно растущего города (асфальтирование улиц, озеленение, водоснабжение, канализация и теплофикация). Серафим Андреевич мечтал создать новый Липецк – «город-сад».

Помимо основной работы, С. А. Тихомиров увлекался фотографией и живописью. С 1946 по 1971 год он фотографировал преображение Липецка. Сделанные им снимки стали раритетом и хранятся в Липецком областном архиве.

Единственная из сохранившихся живописных работ С. А. Тихомирова – картина церкви Преображения Господня (Спасо-Преображенская), православного храма в г. Липецке на улице Папина, 1. Построенная в 1824 году, она оставалась единственным действующим храмом в этой части города до 1937 года. Затем он был закрыт. Некоторое время в его стенах размещалась бондарная мастерская Липецкого промкомбината. Картина написана зимой 1946 года, именно в этот год храм был возвращен прихожанам.

С. А. Тихомиров награжден Почетной грамотой Управления по делам архитектуры при Совете министров РСФСР как автор проекта 4-квартирного жилого дома, отмеченного на Всероссийском конкурсе лучших жилых и гражданских зданий, выстроенных в городах РСФСР в 1948 году (1949), почетными грамотами Липецкого обкома КПСС, облисполкома, президиума облсовпрофа, Липецкого горкома ВКП(б).

Умер С. А. Тихомиров 26 мая 1977 года в г. Липецке.

Дочь, Надежда Серафимовна Тихомирова (1932 г. р.), работала инженером в тресте «Липецкстрой».
Внук от дочери Надежды, Сергей Александрович Тихомиров (1955 г. р.), режиссер-документалист, видеооператор, педагог, член Союза кинематографистов РФ, призер российских и международных кинофестивалей.