Сергей Александрович родился 26 июля 1978 года в городе Михайловка Волгоградской области. В 2000 году окончил юридический факультет Волгоградского Государственного Университета. С 2000 года по 2001 год проходил службу в рядах Российской армии.

Свою трудовую деятельность Дмитриенко С.А. начал в 2001 году помощником межрайонного прокурора Волгоградской области. С 2003 года по 2006 работал прокурором отдела государственных обвинителей прокуратуры Волгоградской области. С 2006 года по 2009 год - старший прокурор второго отдела ГУ ГПРФ в Южном федеральном округе.

С 2009 года по 2013 год - судья Волгоградского областного суда.

С 2013 года по 2017 год - председатель Калачевского районного суда Волгоградской области.

В июле 2017 года был назначен председателем Ессентукского городского суда, в указанной должности проработал до 2022 года.

27 апреля 2022 года Указом Президента РФ Сергей Александрович назначен председателем Пятигорского городского суда.