Сергей Безруков родился в Москве. Его отец – актер и режиссер московского Театра Сатиры Виталий Безруков, мать когда-то работала заведующей в магазине, а ныне – домохозяйка.

Сергей  детства мечтал играть в театре. Он учился в обычной московской школе № 402 Петровского района, где играл во всех школьных спектаклях. Там же он впервые предстал перед зрителями в образе Пушкина.

В 1990 году Сергей окончил школу с четырьмя «четверками» (остальные – «пятерки»), а параллельно – музыкальную школу по классу гитары и УПК (Учебно-производственный комбинат) как художник-исполнитель оформительских работ V разряда. Сразу после этого Сергей поступил в Школу-студию МХАТ на актерский факультет, который когда-то окончил его отец. Безрукову страшно повезло: во МХАТе он учился на курсе Олега Павловича Табакова, так что с 1993 года он начал играть в театре под его руководством. Еще во время учебы Безруков начал сниматься в кино, в 1995-2000 годах сотрудничал с сатирической программой «Куклы», где озвучивал 12 персонажей.

Всенародную славу и любовь принесла Безрукову роль Саши Белого в криминальном телесериале «Бригада». После этого Сергей снимался в популярных фильмах и сериалах «Участок», «Александр Пушкин», «Московская сага», «Есенин», «Мастер и Маргарита», «Ирония судьбы: Продолжение», «Адмиралъ» и многих других.

Параллельно с работой в кино Безруков играет главные роли в спектаклях «Табакерки», МХТ им. А.П. Чехова.

В 2010 году он основал антрепризный проект «Театр Сергея Безрукова». Также он участвует в аудиопроектах (радиопостановки, аудиокниги).

В марте 2013 года назначен художественным руководителем Московского областного дома искусств «Кузьминки».

С января 2014 года — художественный руководитель Московского губернского драматического театра.

С 2016 года — генеральный продюсер «Кинокомпании Сергея Безрукова».