Acteur, réalisateur et scénariste soviétique, puis russe, Sergueï Nikonenko a démarré sa carrière d’acteur au début des années 60. Il joue ainsi dans Le rescapé (Guerassimov, 1962), mais est surtout remarqué dans Mon chemin (Jancso, 1965) où il tient un rôle central. La même année, il tourne dans le monument Guerre et paix (Bondartchouk, 1965), puis interprète le rôle d’un jeune délinquant dans Les ailes (Chepitko, 1966). On le revoit encore dans Rouges et blancs (Jancso, 1967), La commissaire (Askoldov, 1967) et Le Nid des gentilshommes (Konchalovsky, 1969).
A partir de 1971, l’acteur se lance dans la réalisation et il sera l’auteur d’une quinzaine de longs-métrages dont aucun n’est parvenu jusqu’à nous. Il a aussi joué dans un nombre conséquent de films dont La bataille de Berlin (Ozerov, 1971), Partition inachevée pour piano mécanique (Mikhalkov, 1977), Le thème (Panfilov, 1979), Stalingrad (Ozerov, 1990).
A partir de la fin des années 90, Sergueï Nikonenko joue essentiellement pour la télévision dans des séries populaires ou des téléfilms. On le revoit dans la fresque nationaliste Leningrad (Buravskiy, 2009) et plus récemment dans The Crying Steppe (Kunarova, 2021).
L’acteur a plus de 150 crédits à son actif en tant que comédien.