Родился 11 апреля 1968 года в городе Каратау (Казахстан). Семья — врачи. Отец — психиатр, мать работала в наркологии, старший брат — врач-кардиолог. Окончил среднюю школу с золотой медалью. Окончил лечебный факультет АГМИ в 1990 по специальности врач-терапевт. Прошел ординатуру по специальности врач-психиатр, владеет гипнозом. Жил в Алма-Ате (Алматы) до конца 1996, потом в Москве, получил прописку через полтора года. Работал врачом-психиатром в городском психдиспансере Алматы год, затем сотрудником журнала «Миры» с 1992, заместителем главного редактора, с 1995 — профессиональный писатель.
В пять лет прочитал «Туманность Андромеды», в семь — «Страну багровых туч». Большое влияние на поэтику первых произведений Лукьяненко оказал В. Крапивин. В качестве любимых писателей кроме А. и Б. Стругацких и В. Крапивина Сергей Васильевич называет Е. Гуляковского , Ч. Диккенса и В. Гюго. Начал писать «в стол» и «для друзей» еще в институте. Основная причина — дефицит и недоступность хорошей фантастики.
Первые книги Сергея Лукьяненко вышли на рубеже 80-90 годов. Начав с вещей, в которых сильно чувствовалось подражание Крапивину (из наших), Хайнлайну (из зарубежных) достаточно быстро перешел к творчеству в собственном оригинальном стиле. Известность Сергею принесли повести «Рыцари сорока островов» (полемика с Крапивиным) и «Атомный сон». Первая НФ публикация — «Нарушение» («Заря» (Алма-Ата), 1988) и «Чужая боль». Первый авторский сборник — «Атомный сон»
Был членом редколлегии журнала «Миры», издававшегося в Алма-Ате А. Кубатиевым. Был активным участником алма-атинского КЛФ «Альфа Пегаса» , его литературным консультантом. Принимал участие в библиографическом листке ВС КЛФ и Совета ВО КЛФ под редакцией И. Халымбаджи. Участник семинара в Дубултах (1989, группа С. Снегова ). Член ВТО, участник Ялтинских семинаров 1990, 1991, «Тирасполь-93», «Сибкон-93, 95».
В начале 90-х тесная связь Лукьяненко с фэн-средой и использование внутренних реалий как советского (российского/русскоязычного) фэндома, так и сети Фидо, активным участником которой он является, обеспечили ему широкую популярность в этих достаточно узких, но влиятельных читательских кругах. Однако дальнейший яркий коммерческий успех его книг у широкого читателя показывает, что корни этой популярности гораздо глубже — в художественном мастерстве и идейном новаторстве все еще молодого автора, так созвучного настроениям 90-х гг.
У Лукьяненко периода становления можно выделить трилогию «Линия Грез» — «Императоры Иллюзий» — «Тени снов», как весьма и весьма нетрадиционную космическую оперу, для которой определили жанр «философско-космическая опера»; трилогии «Сегодня, мама!» и «Лорд с планеты Земля»; повести «Рыцари сорока островов» и «Мальчик и тьма» как произведения-вызовы Крапивинской линии в «подростковой фантастике» и «фантастике о подростках». Начиная с 1997 года, все более-менее значимые книги Сергея Лукьяненко стали доступны читателям.
Серьезными достижения в творчестве писателя можно назвать: дилогию про Диптаун «Лабиринт отражений»/«Фальшивые зеркала», в чем-то ставшей культовой для Рунета 90-х; роман «Осенние визиты» — самое «темное» произведение автора, написанное в реалиях постперестроечных 90-х; дилогию «Искатели неба» («Холодные берега»/«Близится утро») — попытку в рамках традиционной «воровской фэнтези» создать свой миф о Спасителе; «Спектр» — самый стилистически изощренный роман автора, собравший почти все премии фендома за год; цикл «Дозоры», своей экранизацией принесший автору бешеную популярность.
Писал в соавторстве в Ником Перумовым («Не время для драконов»), Юлием Буркиным («Остров «Русь»»), Владимиром Васильевым («Дневной дозор»).
Создал книгу по браузерной онлайновой компьютерной игре «Starquake» — «Конкуренты».
Свой жанр Сергей Лукьяненко определяет как «Фантастику жесткого действия» или «Фантастику Пути».
Помимо большого числа других литературных премий, в 1999 году Сергей Лукьяненко стал самым молодым на нынешний день лауреатом «Аэлиты» — старейшей отечественной премии, присуждаемой за общий вклад в развитие фантастики.
Сергей женат с 1991. Жена Соня, кандидат наук, доцент. Соня Лукьяненко родилась в Алма-Ате, закончила психологический факультет Казахского государственного университета по специальности «детский психолог, преподаватель психологии», работала по специальности больше 10 лет, до декабря 2003 года. Преподавала психологию в Казахском университете, затем в Российском государственном гуманитарном университете на факультете психологии имени Выготского.
Писатель постоянно проживает в Москве с 1997 года (с 2007 года в Москве так же проживает и остальная семья писателя — старший брат и родители). Воспитывает сыновей Артемия и Даниила. Держит домашних животных (йоркширского терьера Бусю и ее потомство), коллекционирует мышей, увлекается кулинарией и курит любимую трубку (с весны 2006 курить бросил).
На данный момент уже экранизирован «Ночной дозор» и «Дневной дозор», «Сегодня, мама!» из цикла «Остров «Русь»» (под названием «Азирис Нуна»). Возможно будут экранизированы другие книги Сергея Лукьяненко, такие как «Рыцари сорока островов» (на Украине фильм проходит предсъемочную подготовку), «Мальчик и тьма» (как мультфильм), «Геном» и «Лабиринт отражений».
На данный момент так же вышли компьютерные игры по «дозорному» циклу (две части тактической RPG и аркадные гонки), ролевая игра по книге «Не время для драконов». Готовится игровая адаптация дилогии «Звезды — холодные игрушки». К сожалению, провалилась попытка сделать игру по дилогии «Линия грез». Существует так же браузерная онлайн игра в мире «дозорного» цикла. А так же создано некоторое количество настольных игр и игр для сотовых телефонов по мотивам творчества писателя.
С 29 марта 2004 года проживал в Живом Журнале (livejournal.com) как Доктор Ливси (
doctor_livsy), с 15 июля 2008 года, перешел на нелегальное положение как Доктор Пилюлькин (
dr-piliulkin), которое быстро было рассекречено.