Родился 15 февраля 1920 года в деревне Пески (ныне Рамешковский район Тверской области). Окончил 7 классов и школу фабрично-заводского ученичества (ФЗУ). Работал токарем инструментального цеха вагоностроительного завода в городе Калинине (ныне Тверь), без отрыва от производства посещал аэроклуб. С 4 апреля 1940 года в рядах Красной Армии. В 1941 году окончил Батайскую военную авиационную школу пилотов. Затем в 19-м ЗИАП (ВВС Сибирского военного округа) проходил переучивание на новую технику.

С 13 марта 1943 года старший сержант С. И. Коновалов в действующей армии. Боевую деятельность начал в должности лётчика 6-го ИАП (294-я ИАД, 4-й ИАК, 2-я Воздушная армия, Воронежский фронт). 18 марта 1943 года был легко ранен в воздушном бою. С июня 1943 года воевал в 183-м ИАП (2 июля 1944 года преобразован в 150-й Гвардейский ИАП). Летал на Як-1, Як-7, Як-9, Як-3.

К январю 1945 года заместитель командира эскадрильи 150-го Гвардейского истребительного авиационного полка (13-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 3-й Гвардейский истребительный авиационный корпус РСВГК, 5-я Воздушная армия, 2-й Украинский фронт) Гвардии старший лейтенант С. И. Коновалов совершил 161 боевой вылет, в 26 воздушных боях сбил лично 15 и в составе группы 4 самолёта противника. За эти подвиги был представлен к высшей награде страны.

К 9 маю 1945 года совершил 217 боевых вылетов, провёл 36 воздушных боёв, сбил лично 18 и в составе группы 4 самолёта противника. Сражался на Воронежском, Степном и 2-м Украинском фронтах. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 15 мая 1946 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 6906).

После окончания войны продолжал служить на различных должностях в ВВС. В 1957 году окончил Военно-Воздушную академию. С 30 августа 1960 года Гвардии полковник С. И. Коновалов - в запасе. Жил в городе Калинин (ныне Тверь). Умер 25 февраля 1975 года, похоронен на Дмитрово-Черкасском кладбище. На здании Инструментального производства ОАО "Тверского вагоностроительного завода" установлена памятная доска.

Награждён орденами: Ленина (15.05.1946), Красного Знамени (16.10.1944, 31.12.1944), Отечественной войны 1-й степени (19.08.1943, 29.10.1943), Красной Звезды (23.05.1945, 30.12.1956); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (15.11.1950).