Сергій Петрович Никоненко народився 16 квітня 1941 року в Москві в сім'ї робітників. У тринадцять років він захопився театром і почав займатися в театральній студії при Палаці піонерів. У 1959 році Сергій Никоненко закінчив десятий клас вечірньої школи і після декількох невдач в театральних вузах поступив на акторський факультет ВГИКа, на курс С.Герасимова і Т.Макарової, де вчився разом з майбутніми зірками радянського кіно — Ларисою Лужіной, Галиною Польських, Євгенієм Жаріковим, Миколою Губенко, Жанною Болотовою. На другому курсі він дебютував в кіно — зіграв у фільмі Сергія Герасимова «Люди і звірі», а першу помітну роль Никоненко виконав в 1967 році в стрічці «Журналіст». У 1968 році він поступив на режисерський факультет ВГИКа, і знову до Герасимова і Макарової.
Вдалим виявився для Сергія Никоненко 1973 рік, коли він поставив свій перший фільм, короткометражку «Петрухіне прізвище», (причому написав для нього сценарій і сам зіграв головну роль), який був удостоєний міжнародних кінопремій. У тому ж році актор виконав одну з кращих своїх ролей, Сергія Єсеніна, у фільмі Сергія Урусевського «Співай пісню, поет». З багатьох робіт Сергія Никоненко — все їм зіграно більше ста ролей — особливо можна відзначити декілька. На початку 1980-х років вийшли дві картини: бойовік-«істерн» Самвела Гаспарова «Шостий» і «міліційно-виробничий» фільм «Інспектор ДАІ», в яких актор створив образи, які запам'ятовуються. Хоча Никоненко в основному виконує ролі комедійні, на його рахунку образи Михайла Фрунзе в картині «Уповноважений революцією», генерала Родімцева в «Сталінграді», маршала Ворошилова в «Бенкетах Валтасара». За головну роль в драматичному фільмі «Завтра була війна», поставленому режисером Юрієм Карой по повісті Бориса Васильєва, Сергій Никоненко був удостоєний Золотої медалі імені Довженко.