Интерес к живописи Сергей Александрович унаследовал от матери. Императрица предпочитала картины духовного, религиозного содержания. У нее были хорошие копии с картин Рафаэля, Беато Анжелико и других мастеров. Она любила акварели, имела прекрасную коллекцию; предпочитала пейзажи и интерьеры. Из современных русских художников любила Т. А. Неффа. Его «Моление о чаше» и «Ангел молитвы» находились в покоях ее резиденций.
Когда Сергею Александровичу исполнилось 15 лет, императрица просила Неффа показать Великому князю сокровища Эрмитажа. В течение двух зим Тимофей Андреевич показывал Сергею Александровичу картины Эрмитажа «по школам», ограничиваясь при каждом посещении несколькими картинами, чтобы не утомить воспитанника и не притупить в нем чувство изящного. В беседах Неффа, помимо высокого профессионализма, было много любви к тому, о чем он говорил. Учитель внимательно выслушивал ученика, поправлял и уточнял некоторые суждения Сергея Александровича. По мнению Д. С. Арсеньева, это дружественно-артистическое отношение престарелого Неффа к юному Великому князю было и мило, и трогательно, и симпатично[99].
В 1880 г. во Флоренции юный Сергей Александрович подружился с Киаваччи, директором Флорентийской академии живописи и знатоком всех итальянских школ живописи. Под его руководством Великий князь изучил все Флорентийские галереи, особенно часто посещая монастырь св. Марка, где любовался фресками Беато Анжелико, духовная высота и необычный эстетизм которых приводили его в восторг.
В результате глубоких занятий живописью Сергей Александрович стал не только любителем, но и знатоком живописи. Он высоко ценил и прерафаэлитов, и многообразные школы отечественных и зарубежных художников вплоть до символистов и декадентов. Но любил только то, что заслуживало внимания в эстетическом отношении, не руководствуясь при этом ни модой, ни современными увлечениями. Любил и пейзаж, и историческую живопись, и исторический портрет. Постоянно пополнял свою картинную галерею, приобретая подлинники, заказывая хорошие копии. Великий князь любил общество художников, очаровываясь их тонким пониманием искусства, добротой.
Не только развитым художественным вкусом, но и удивительным отношением к художникам Сергей Александрович обязан матери, которую он обожал, дорожил ее эстетическими наклонностями, ее нравственным обликом. Автор рукописи замечает, что «эти чувства его к матери составляли основную часть его духовной личности»