Сергій Демченко народився 13 березня 1976 року в місті Дніпро.

У 1998 році Сергій Демченко закінчив Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара за спеціальністю «Правознавство» та здобув кваліфікацію юриста. Працював юридичним консультантом на підприємстві, потім начальником юридичного відділу банку.

У 2003 році, після отримання свідоцтва і права займатися адвокатською діяльністю, відкрив власну юридичну компанію «Позитив».

З 2008 року Демченко активно займається правозахисною діяльністю.

З 2013 по 2014 рік Сергій Демченко обіймав посаду помічника Міністра юстиції з питань виконання рішень Європейського суду з прав людини.

У 2015 році Сергій Демченко як адвокат у суді захищав суддю Оксану Царевич, яка переслідувала автомайданівців під час Революції Гідності.

У 2015 році був 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 Демченко був обраний Народним депутатом України на одномандатному виборчому окрузі № 29 в Дніпрі (частина Амур-Нижньодніпровського району міста Дніпра, Дніпровський, Петриківський райони) від партії «Слуга народу». На час виборів: адвокат, безпартійний. Проживає в селищі Дослідне Дніпровського району Дніпропетровської області.

Член партії «Слуга народу».