Сергей Литвиненко родился в 1956 году в г. Крымске Краснодарского края. В 1989 году окончил Ленинградский государственный университет.
В органах прокуратуры проходит службу с 1988 г. В разное время работал стажером, помощником Ленинград-Московского транспортного прокурора, прокурором отдела Северо-Западной транспортной прокуратуры, старшим помощником Северо-Западного транспортного прокурора, Санкт-Петербургским авиатранспортным прокурором, заместителем Северо-Западного транспортного прокурора, прокурором Фрунзенского района г. Санкт-Петербурга, заместителем, первым заместителем прокурора г. Санкт-Петербурга.
В последнее время Сергей Литвиненко занимал должность прокурора Ленинградской области.