Народився 20 червня 1973, Хмельницька область.
У 1995 році закінчив Львівський державний університет.
У 2003 році працював слідчим Дарницької районної прокуратури м. Києва. Розслідував справу 23-річного вантажника одного з київських магазинів, який був спочатку засуджений як сексуальний маніяк, а згодом виправданий.
З 2004 до 2014 року обіймає посади слідчого та старшого слідчого з особливо важливих справ Генеральної прокуратури України. Розслідував справу стосовно колишнього прем'єр-міністра України Павла Лазаренка.
У травні 2014 року призначений на посаду начальника другого слідчого відділу, який займався розслідуванням низки злочинів, скоєних під час Майдану.
17 грудня 2014 року генпрокурор Віталій Ярема призначив Сергія Горбатюка заступником начальника Головного слідчого управління – начальником управління спеціальних розслідувань Генпрокуратури.
Управління спецрозслідувань створено як єдиний центр розслідування злочинів, скоєних у період протестних акцій. Серед основних завдань – вивчення обставин узурпації влади та всього комплексу злочинних дій, скоєних у період правління Віктора Януковича, а також розслідування масових убивств учасників Революції гідності 18-20 лютого 2014 року.
У жовтні 2019 року Сергій Горбатюк відмовився подавати заяву встановленого зразка на переатестацію, яка проходить у ГПУ у рамках реформи. 23 жовтня 2019 року генеральний прокурор Руслан Рябошапка звільнив Сергія Горбатюка з посади начальника управління спецрозслідувань та з органів прокуратури.
Сергій Горбатюк влітку 2014 очолив розслідування злочинів під час Революції Гідності. Але значних досягнень в розслідуванні не було досягнуто.
Взимку 2016 року виконавчий директор Amnesty International в Україні Тетяна Мазур на прес-конференції заявила, що досить невеликий прогрес спостерігався в розслідуванні цієї справи. Ще менше — в питанні притягнення винних до відповідальності. Згідно з текстом звіту організації, для українських правоохоронців виявилося вкрай важким притягнути до відповідальності винних у зловживаннях скоєних в ході протестів.
В березні 2016 року голова Моніторингової місії ООН з прав людини Фіона Фрейзер заявила, що Організація Об'єднаних Націй стурбована відсутністю прогресу в розслідуванні подій на Майдані, а також 2 травня в Одесі.
«Те, що немає прогресу в цих справах, підриває довіру народу, тому що дуже важливо це вирішити», — сказала вона. За словами Фрейзер, якщо по розслідування цих справах буде йти неправильно, це може вплинути на ситуацію з безпекою в країні.
Одружений, має сина.
29.10.2019