Сергей Леонидович Доренко родился 18 октября 1959 г. в Керчи в семье офицера.
Отец - Леонид Филиппович Доренко (1936—2014), генерал-майор, военный лётчик
Мать - библиотекарь Татьяна Ивановна Доренко.
Из-за постоянных переездов семьи успел сменить около десятка школ, последняя — физико-математическая в г. Царицын.
1982 г.- окончил историко-филологический факультет Университета Дружбы народов им. Патриса Лумумбы. Имеет три квалификации "филолог, преподаватель русского языка как иностранного", "переводчик с испанского языка", "переводчик с португальского языка".
1977-1982 гг. - переводчик, работал с делегациями из Латинской Америки и Африки по линии ВЦСПС.
С июня 1982 по июнь 1984 работал переводчиком в Анголе по линии Минвуза СССР, Минрыбхоза, а также в аппарате главного экономического советника Посольства СССР в Анголе по линии Главного технического управления (экспорт товаров военного назначения).
1984-1985 гг. - срочная военная служба
На телевидении с 1 апреля 1985 г.
До 1991 г. редактор Службы внешних отношений ЦТ, ведущий-комментатор информационной программы "120 минут", корреспондент программы "Телевизионная служба новостей".
В 1991—1992 гг. — политический обозреватель ВГТРК, ведущий программы "Вести".
В 1992—1993 гг. — ведущий программы "Время" "ИТА Новости" на первом канале "Останкино".
В 1993 г. — корреспондент испанской службы новостей телеканала CNN.
В 1993—1994 гг. — директор Службы информации МНВК.
С января 1994 г. — ведущий программы "Подробности" на канале РТР.
В 1995 году — ведущий программы "Версии" на 1-м канале "Останкино" и НТВ.
В 1996 г. — ведущий ток-шоу "Характеры" на канале Ren-TV. С октября 1996 г. — первый заместитель Главного продюсера Дирекции информационных программ, автор и ведущий аналитической программы "Время".
В 1998 году — главный продюсер Дирекции информационных программ, продюсер аналитического вещания ОРТ, ведущий ежедневной программы "Время"
В журналистской деятельности был последовательным сторонником самого жёсткого военного подавления сепаратистов в Чечне. Многократно выезжал в зону боевых действий, в частности, был с генералом Казанцевым на высоте над Гамияхом во время боя за Новолакское в 1999 году, был первым журналистом, вышедшим на освобождённую площадь Минутка в Грозном в январе 2000 года.
С января по март 1999 года — вновь ведущий информационно-аналитической программы "Время". С июня 1999 по март 2000 года — заместитель генерального директора МНВК (телеканал "ТВ-6 Москва") по информационному и общественно-политическому вещанию.
С ноября 1999 по сентябрь 2000 года — заместитель генерального директора ОРТ.
С сентября 1999 по сентябрь 2000 года — ведущий "Авторской программы Сергея Доренко". Перед выборами передача работает против блока Лужкова-Примакова и добивается своей цели — они проигрывают выборы. После "Авторской программы Сергея Доренко" от 2 сентября 2000 года был со скандалом уволен из ОРТ после командировки в гарнизон Видяево и подготовки программы о гибели подводной лодки "Курск", а также комментария про деятельность президента Владимира Путина. Приказ об увольнении Доренко был подготовлен и подписан генеральным директором ОРТ Константином Эрнстом
В сентябре 2001 года Сергей Доренко решил возобновить свою программу, и выходила она на "Третьем канале" (ЗАО ТРВК "Московия"). Отличительной чертой программы в таком формате было наличие диалога ведущего с горожанами, собравшимися на одной из городских площадей у свободного микрофона, в режиме прямого включения. Программа выходила всего два месяца — уже в ноябре она была закрыта.
В 2001 году стал обвиняемым по уголовному делу о хулиганстве: Доренко на мотоцикле наехал на капитана первого ранга Главного штаба ВМФ РФ Валерия Никитина, оказавшегося на пути Доренко в сопровождении двух сотрудников милиции. Доренко заявил, что Никитин бил по мотоциклу ногой. Несмотря на нанесённый пострадавшему "малый вред здоровью", журналиста обвинили сначала в попытке убийства, а затем в "хулиганстве с оружием". Доренко грозило от 4 до 8 лет лишения свободы, но благодаря, по его собственным словам, заступничеству тогдашнего чиновника Администрации Президента Игоря Сечина, он получил условный срок в четыре года.
Главный редактор радиостанции "Говорит Москва" (с 2014 года). С 1 сентября 2008 года до 1 июля 2013 года — главный редактор, радиоведущий радиостанции "Русская служба новостей". На РСН вёл ежедневную утреннюю разговорную программу "Подъём!". С июля по сентябрь 2011 года вёл телевизионную программу "Русские сказки" на канале "РЕН ТВ"[2]. Несмотря на то, что свою известность он получил благодаря телевидению, Доренко неоднократно утверждал, что не смотрит телевизор[3]. В настоящее время ведёт авторскую программу на YouTube.
В 2004—2008 гг. — постоянный участник программы "Особое мнение" на радио "Эхо Москвы"[25]. В 2005—2008 гг. — ведущий утренней разговорной программы "Разворот" на радио "Эхо Москвы". С 6 сентября 2008 года по 1 июля 2013 года — главный редактор радиостанции "Русская служба новостей". С того же времени ведёт утреннюю программу радиопрограммы "Подъём" на радиостанции "РСН". С 19 августа 2013 года временно приглашен ведущим передачи "Разворот" на "Эхо Москвы"
С апреля 2012 года ведёт видеоблог на хостинге YouTube, активный блогер, пользующийся в Интернете никами rasstriga и pastushok. С февраля 2014 года работает на радиостанции "Говорит Москва".
Увлекается автомобилями, мотоциклами, стрельбой из лука, дайвингом, коллекционирует нефрит, часто и много путешествует с семьёй. Особое пристрастие Сергея Леонидовича составляют Африка, Латинская Америка, восточная культура и китайские религиозные учения, в частности даосизм.
Первая жена - Марина Доренко (1980-2013), дети: дочь Екатерина Доренко (род. 1984), дочь Ксения Доренко (род. 1985), сын Прохор Доренко (род. 1999) Вторая жена — Юлия Доренко, дети: дочь Варвара Доренко (род. 2010), дочь Вера Доренко (род. декабрь 2011)
В августе 2018 г. в интервью объявил, что купил квартиру в Доме на набережной по адресу: ул. Серафимовича (Всехсвятская), д. 2 (район Якиманка), с окнами на Кремль
