Активный участник революционного движения. Член Коммунистической партии с 1905 года. Родился в Тобольске, детство провел в Омске. В 1907 году за участие в Революции 1905-1907 годов был приговорен к смертной казни, замененной 5 годами тюрьмы. В конце 1912 года вел революционную работу в Тобольске, Екатеринбурге; в Троицке редактировал газету «Степь», работал в редакции газеты «Уральская жизнь». После Февральской революции, в марте 1917 года, - член Челябинского совета рабочих и солдатских депутатов, затем председатель этого Совета, председатель Челябинского городского РСДРП(б). Делегат VI съезда РСДРП(б). С июля 1917 года - член Уральского областного комитета РСДРП(б). Будучи делегатом 2-го Всероссийского съезда Советов, участвовал в Октябрьском вооруженном восстании в Петрограде. В ноябре 1917 года вернулся в Оренбург, где в последствии был избран председателем Оренбургского ВРК.

В связи с начавшимися выступлениями белоказаков Цвиллинг сформировал отряд добровольцев-красногвардейцев и выехал в наиболее тревожный в этом отношении район — Соль-Илецкий. Он не считал нужным применять оружие, исходил из важности разъяснять трудовым казакам политику советской власти, предпочитал действовать убеждениями. У станицы Изобильной небольшой отряд во главе с С.М. Цвиллингом был окружен белоказаками и уничтожен. Вместе с бойцами в сражении погиб и председатель Оренбургского губисполкома С. М. Цвиллинг.