Родился 24 июня 1955 г. в Челябинске.
В середине 1970-х гг. учился в Челябинском политехническом институте им. Ленинского комсомола (ныне Южно-Уральский государственный университет), но не окончил его. Тогда же работал осветителем на местной телестудии, ассистентом оператора челябинского корпункта Свердловской киностудии Константина Дупленского.
В 1983 г. Сергей Мирошниченко окончил в Москве режиссерский факультет Всесоюзного государственного института кинематографии (ВГИК; ныне Всероссийский государственный университет кинематографии им. С. А. Герасимова). Выпускник мастерской профессора Александра Кочеткова.
Профессиональная деятельность
С 1984 по 1993 г. Сергей Мирошниченко работал режиссером на Свердловской киностудии (Екатеринбург).
В 1993-1999 гг. был сотрудником студии "ТРИТЭ" Никиты Михалкова.
С 1999 г. - соучредитель и художественный руководитель студии документального кино "Остров".
Первую известность Сергею Мирошниченко принесли фильмы "Госпожа тундра" об экологии Севера (1986; Гран-при Международного кинофестиваля 1987 г. в Оберхаузене, ФРГ) и "А прошлое кажется сном..." о последствиях сталинизма (1987; премия "Ника" 1989 г. в номинации "Лучший документальный фильм").
В 1990 г. режиссер начал масштабный проект "Рожденные в СССР", в котором прослеживает судьбы детей из разных республик и различных социальных слоев, исследует изменение их психологии в условиях меняющегося мира. К настоящему времени в его рамках вышло четыре фильма: "Семилетние" (1990), "Четырнадцатилетние" (1998), "21 год" (2007; премия "Ника" 2008 г. в категории "Лучший неигровой фильм") и "28 лет" (2012). Пятый фильм проекта находится в производстве.
В 1995 г. Сергей Мирошниченко выпустил документальный фильм "Убийство императора. Версии". Картина, посвященная трагедии династии Романовых, в 1996 г. была удостоена премии "Ника" в номинации "Лучший неигровой фильм".
Известность получили киноленты Мирошниченко, снятые в жанре фильма-портрета: "Александр Солженицын. Жизнь не по лжи" (2001), "Александр Солженицын. На последнем плесе" (2003), "Александр Солженицын. Слово" (2008), "Георгий Жженов. Русский крест" (2002-2005; премия ТЭФИ 2003 г. в категории "Телевизионный документальный фильм/сериал"), "Юз, джаз, Ирка и пес" о литераторе Юзе Алешковском (2005), "Валерий Гергиев. Сумерки богов" (2009), "Илья Глазунов. За стойкость при поражении" (2010), "Река жизни. Валентин Распутин" (2011; премия ТЭФИ 2012 г. в номинациях "Телевизионный документальный фильм" и "Режиссер телевизионного документального фильма/сериала").
Автор документальных картин о XXII зимней Олимпиаде 2014 г. в Сочи (Краснодарский край) - "Философия мягкого пути" (2014, о подготовке Игр) и "Кольца мира" (2015, официальный фильм Олимпиады, снятый по заказу МОК).
Последняя к настоящему времени лента режиссера - "Александр Солженицын. Раскаяние" (2018) - была приурочена к 100-летию со дня рождения писателя.
Сергей Мирошниченко является автором и соавтором сценариев большинства своих фильмов.
Куратор документальных программ Московского международного кинофестиваля.
Член Союза кинематографистов РФ, Российской академии кинематографических искусств, Национальной академии кинематографических искусств и наук России.
Является членом попечительского совета Фонда поддержки регионального кинематографа Союза кинематографистов России.
Преподавательская деятельность
С 1998 г. Сергей Мирошниченко является руководителем мастерской режиссуры неигрового фильма во Всероссийском государственном университете кинематографии им. С. А. Герасимова. Профессор.
Звания, награды
Заcлуженный деятель искусств РФ (1993).
Сергей Мирошниченко награжден орденом Почета (2020).
Лауреат Государственной премии РСФСР им. братьев Васильевых 1989 г., Государственной премии РФ в области литературы и искусства 2012 г.