Народився 13 березня 1976, Дніпро.
У 1998 році Сергій Демченко закінчив Дніпровський університет ім. Гончара за спеціальністю «Правознавство» та здобув кваліфікацію юриста.
Працював юридичним консультантом на підприємстві, потім начальником юридичного відділу банку.
2003 року, після отримання свідоцтва і права займатися адвокатською діяльністю, відкрив власну юридичну компанію «Позитив».
З 2008 року Демченко займається правозахисною діяльністю.
З 2013 по 2014 рік Демченко був помічником Міністра юстиції з питань виконання рішень Європейського суду з прав людини.
2015 року Демченко як адвокат у суді захищав суддю Оксану Царевич, яка переслідувала автомайданівців під час Революції гідності.
2015 року обраний депутатом Дніпровської міської ради від партії «Україна майбутнього». У міськраді був членом постійної комісії з питань розвитку місцевого самоврядування та партнерських стосунків.
На сьогоднішній день є членом Всеукраїнської громадської організації «Спілка адвокатів України» та Всеукраїнської громадської організації «Асоціація адвокатів України», президентом Асоціації «Український правозахисний альянс».
У 2019 році був обраний депутатом Верховної Ради 9 скликання від партії “Слуга Народу” за виборчим округом №29 (Дніпропетровська область). Член однойменної фракції. З 10 листопада 2019 року - член партії. Член Комітету з питань правової політики.
10.12.2019