Родился 11 апреля 1968 г. в гор. Каратау (Казахская ССР, ныне Казахстан) в семье врачей.
В 1990 г. окончил Алма-Атинский государственный медицинский институт (ныне Казахский национальный медицинский университет им. С. Д. Асфендиярова) по специальности врач-терапевт. Прошел ординатуру по специальности врач-психиатр.
В 1991 г. работал врачом-психиатром в городском психиатрическом диспансере Алма-Аты.
С 1988 г. публиковал научно-фантастические произведения в журналах "Заря" (Алма-Ата), "Уральский следопыт" (Свердловск, ныне Екатеринбург) и др. Входил в руководство алма-атинского клуба любителей фантастики "Альфа Пегаса", позднее - в состав редколлегии журнала научной фантастики "Миры" (издавался в Алма-Ате писателем-фантастом Аланом Кубатиевым).
В числе ранних публикаций Сергея Лукьяненко - роман "Рыцари Сорока Островов" (1992), рассказ "Фугу в мундире" (1992), повесть "Сегодня, мама!" (1993, в соавторстве с Юлием Буркиным) и др.
В 1997 г. Сергей Лукьяненко переехал из Алма-Аты в Москву, где живет и работает в настоящее время. В 1998 г. романом "Ночной дозор" писатель открыл цикл т. н. городского фэнтези, в котором рассказывается о противостоящих друг другу в современном мире светлых и темных силах (Ночном и Дневном дозорах соответственно). За первой книгой последовали еще пять, включая "Дневной дозор" (2000, в соавторстве с Владимиром Васильевым), "Сумеречный дозор" (2003), "Шестой дозор" (2014) и др., параллельно был запущен межавторский цикл "Дозоры Сергея Лукьяненко", в рамках которого изданы еще несколько десятком романов разных авторов.
Широкая популярность к писателю пришла на волне успеха в кинопрокате экранизаций "Ночного дозора" (2004) и "Дневного дозора" (2005), поставленных режиссером Тимуром Бекмамбетовым. В дальнейшем были экранизированы еще несколько произведений Сергея Лукьяненко - "Азирис Нуна" (по роману "Сегодня, мама!", 2006, Олег Компасов), "Черновик" (2018, Сергей Мокрицкий) и "Осенние визиты" (мини-сериал, 2021, Георгий Саенко).
В творчестве писателя 1990-2020-х гг., по его собственному определению, преобладает "фантастика жесткого действия". В этом жанре выдержаны, в частности, дилогия романов "Черновик" (2005) и "Чистовик" (2007) и постапокалиптический цикл, куда входят книги "Семь дней до Мегиддо" (2021), "Три дня Индиго (2021), "Месяц за Рубиконом" (2022) и "Лето волонтера" (2022). Однако писатель обращался и к жанру фэнтези - в частности, в дилогии "Не время для драконов" (1997) - "Не место для людей" (2020), написанной в соавторстве с Ником Перумовым. А дилогия "Недотепа" (2009) - "Непоседа" (2010) рассчитана на юную читательскую аудиторию.
Библиография Сергея Лукьяненко насчитывает более 40 научно-фантастических романов, объединенных в различные циклы ("Диптаун", "Дозоры", "Геном", "Кваzи", "Измененные" и др.), порядка десяти повестей и более ста рассказов. По мотивам ряда его произведений созданы комиксы, компьютерные и настольные игры.
Сергей Лукьяненко - один из самых высокотиражных отечественных писателей-фантастов. По данным газеты "Ведомости", в 1996-2022 гг. было продано свыше 9 млн. экземпляров его книг, в т. ч. более 400 тыс. экземпляров "Ночного дозора".
В разное время писатель сотрудничал с журналами "Если", "Полдень, XXI век", "Реальность фантастики".
Сергей Лукьяненко - лауреат многочисленных литературных премий в области фантастики (в разных номинациях): "Старт", "Меч Руматы", "Аэлита", "Интерпресскон", "Странник", "Роскон", "Еврокон", "Бронзовая улитка", "Филигрань", "Сигма-Ф", "Басткон", премии фестиваля "Звездный мост", журнала "Мир фантастики" и др.