Сергей Львович, во время службы в канцелярии министра внутренних дел, страстно увлекся дагеротипией — предшественницей современного фотографического искусства. В 1844 году он вышел в отставку и отправился в Европу, где совершенствовал свои навыки. Именно там С.Н. Левицкий сделал единственный сохранившийся портрет Н.В. Гоголя, когда присутствовал на встрече художников и писателей в Риме.

В Европе он получил признание и титул «Фотограф Императора Наполеона III» за серию снимков императора и его семьи. С.Н. Левицкий — действительно императорский фотограф. Благодаря своему происхождению, должности, таланту, освоению и даже изобретению новых технологий в фотографировании, Левицкий стал звездой мировой фотографии.

Он предложил идею электрического студийного освещения, руководил ателье в Париже, получил там же золотую медаль на Международной выставке в 1851 году, основал фотографический отдел «Русского технического общества», был экспертом на Всемирных выставках.

В 1860 году С.Л. Левицкий впервые применил ретушь, разработав ее технологию с помощью фирмы Фабера, которая изготовила специальные карандаши для ретушевки.

Он фотографировал 4 поколения императорской фамилии, коронацию Александра II, который впоследствии дает ему титул «Фотограф их Императорских величеств» — ателье Левицкого было единственным, имеющим право называться «Фотографы Их Императорских Величеств „Левицкий и сын“» и размещать государственный герб на своих вывесках. Сын Левицкого, Лев Сергеевич, продолжил его дело и впоследствии руководил семейным ателье.

Наследие Сергея Львовича Левицкого имеет мировое значение, он заложил основы для развития фотографического искусства, которые позволили развиться фотографии такой, какой мы знаем ее сейчас.