Родился 2 августа 1971 года в городе Ржищев Киевской области.  В 1997 году окончил Национальный аграрный университет по специальности инженер-механик.  С 2001 по 2005 год занимал ряд должностей в Закарпатской областной администрации, позднее - в Государственном комитете по делам национальностей и миграции Украины.  В 2005 году окончил Ужгородский национальный университет по двум специальностям: юрист и специалист по финансам, а также Военно-инженерный институт при Подольском государственном аграрно-техническом университете по специальности военное управление.  С 2005 года - начальник Главного управления Министерства чрезвычайных ситуаций Украины в Автономной республике Крым. С 2007 года - заместитель начальника Государственной инспекции гражданской защиты и техногенной безопасности МЧС Украины.

Женат, воспитывает сына и двух дочерей.

С декабря 2007 года - народный депутат Верховной Рады Украины.  Кандидат исторических наук.

Сегодня Сергей Василенко - председатель подкомитета по вопросам экологической политики и экологической безопасности Комитета Верховной Рады Украины по вопросам экологической политики, природопользования и ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы.

Совет партии Фронт Перемен решил исключить из своих рядов Сергея Василенко за действия, несовместимые с уставом партии. Об этом заявил председатель Совета партии Андрей Иванчук.  Сегодня на пленарном заседании парламента депутат Сергей Василенко вопреки решению Совета партии проголосовал за постановление Верховной Рады, которым назначен новый состав Кабинета Министров, - отметил он.  При этом председатель Совета партии напомнил, что два дня назад, 9 марта, лидер Фронта Перемен, народный депутат Украины Арсений Яценюк публично заявил, что не поддерживает и не признает новосозданной коалиции в парламенте и будет формировать оппозицию.  Лидер нашей партии публично заявил, что создание такого рода коалиции в Верховной Раде противоречит Конституции, а также уставным нормам и программным целям и задачам нашей политической силы, - сказал Андрей Иванчук.  В тот же день, по его словам, Совет партии решил перейти в оппозицию и не поддерживать создание нелегитимной парламентской коалиции, в частности и относительно формирования ею правительства.  Следовательно, действия уже бывшего члена партии Василенко противоречат решению Совета партии, грубо нарушают нормы устава партии и наносят вред ее авторитету в обществе, - подытожил Андрей Иванчук, добавив, что исключение Сергея Василенко члены Совета партии поддержали единогласно.