Сергей Александрович был большим любителем древностей и археологии. После открытия Исторического музея в Москве он возглавил это замечательное учреждение и неоднократно пополнял фонды музея своими щедрыми дарами. Среди них особенно выделялась коллекция русской церковной утвари и шитья XVIII века. После смерти мужа несколько подарков сделала и Елизавета Фёдоровна. Она, в частности, передала музею своё собрание изделий из кости, выполненных мастерами Русского Севера. В 1898 году состоялась закладка ещё одного крупного московского музея – Музея изящных искусств имени императора Александра III. Инициатором создания этого музея был профессор Московского университета Иван Владимирович Цветаев, архитектором – Р.И. Клейн, а большую часть средств на строительство пожертвовал видный промышленник Ю.С. Нечаев-Мальцов. Однако мало известен тот факт, что Нечаев-Мальцов являлся товарищем председателя Комитета по строительству музея, а председателем был Сергей Александрович. К сожалению, ему не пришлось дожить до 1912 года, когда музей распахнул двери для посетителей. Но и он, и другие члены Императорской династии приняли участие в организации строительства и приобретении экспонатов. Когда музей открылся, каждый зал получил имя одного из меценатов. Так, египетский зал носил имя Нечаева-Мальцова, ассиро-вавилонский – Великой княгини Елизаветы Фёдоровны, средневековой скульптуры – цесаревича Алексея Николаевича, были залы имени императриц Марии Фёдоровны и Александры Фёдоровны, Великих князей Владимира, Сергея и Павла Александровичей, греческой королевы Ольги Константиновны. Сегодня это Государственный музей изобразительных искусств имени А.С. Пушкина, которое присвоили музею в 1937 году (хотя Пушкин ни малейшего отношения ни к изящным искусствам, ни тем более к самому музею не имел).

   С началом царствования Николая II наступили тревожные времена. Сергей Александрович убеждал государя твёрдо продолжать политику отца. Но ситуация становилась всё более и более нестабильной. Как бы провозвестницей тяжёлых последующих событий явилась катастрофа на Ходынском поле – гибель людей во время коронации императора. Сергей Александрович долго переживал случившееся, его обвиняли больше всех, и с тех пор он сделался настоящим жупелом для революционеров. А он с отчаянием наблюдал, как рушатся те устои, которым он верно и преданно служил, и в 1901 году писал Николаю: «Признаюсь Тебе, что мне очень трудно; веяния нехорошие, проявления прямо революционные – нужно называть вещи своими именами без иллюзий».