Сергей Федорович Бондарчук родился 25 сентября 1920 года в селе Белозерка Херсонской области в Украине. Его отец – Федор Петрович был коммунистом – «двадцатипятитысячником» и на момент рождения сына работал председателем колхоза. Мать – Татьяна Васильевна работала в том же колхозе. Кроме Сергея в семье был еще один ребенок – младшая дочь Тамара.

Через несколько лет после рождения Сергея семья Бондарчук переехала сначала в Таганрог (там отец семейства нашел работу на кожевенном заводе), а затем – в Ейск. Учась во второй школе города Ейска, Сергей посещал театральный кружок. Актёрскую карьеру начал в Таганрогском драматическом театре, учился в Ростовском театральном. В 1941 – 1942 годах служил актёром в Театре Красной армии в городе Грозном. В 1948 году окончил актёрский факультет ВГИКа (мастерская С.А. Герасимова).

С 1948 года Бондарчук – актёр киностудии «Мосфильм» и театра-студии киноактёра. Дебютной ролью Сергея Федоровича стал образ коммуниста-подпольщика Валько в фильме «Молодая гвардия». Через два года Сергей Бондарчук снялся в картине «Кавалер Золотой Звезды». Большой успех актёру принесло исполнение главной роли в фильме «Тарас Шевченко». Фильм очень понравился И.В. Сталину. Беспрецедентный случай: в возрасте 32 лет Сергей Бондарчук получает звание народного артиста СССР, минуя звание «народный артист РСФСР».

В 1955 году Бондарчук познакомился с Ириной Скобцевой. В этом же году они вместе снялись в фильме «Отелло». Через 4 года они поженились и прожили вместе 35 лет. В фондах музея-заповедника им. Е.Д. Фелицына хранится открытка из серии «Актрисы советского кино» с изображением супруги С.Ф. Бондарчука Ирины Скобцевой.

Режиссёрский дебют Сергея Бондарчука фильм «Судьба человека» киностудии «Мосфильм». В этом фильме он также сыграл главную роль – Андрея Соколова.

Сергей Федорович Бондарчук считается мастером грандиозных батальных сцен с многотысячной массовкой («Война и мир», «Ватерлоо»). В советское время он был одним из немногих режиссёров, которым было разрешено снимать и сниматься за железным занавесом. Бондарчук играл в фильме «В Риме была ночь» (Италия, режиссёр Роберто Росселлини) и «Битве при Неретве» (Югославия, режиссёр Велько Булайич).

В 1970 – 1980-х годах режиссёр осуществил несколько важных постановок и снялся в целом ряде фильмов: «Степь», «Отец Сергий», «Борис Годунов». Особенно важной для него стала картина «Они сражались за Родину» (по роману М. А. Шолохова).

Ещё с 1960-х годов режиссёр вынашивал идею экранизации «Тихого Дона», но проект оказался готов к реализации только к концу 1980-х годов, когда одного только имени Бондарчука уже не было достаточно для начала съёмок. В 1990 году Бондарчук подписал контракт на съёмки совместного советско-английского фильма при участии итальянских продюсеров. Работа над «Тихим Доном» закончилась скандалом. Итальянская сторона сообщила о том, что бюджет картины исчерпан, и окончательный монтаж фильма осуществить не удалось. История завершилась только в 2006 году, когда монтаж семисерийного драматического сериала завершил его сын  Ф.С. Бондарчук.

Сергей Федорович Бондарчук скончался в четверг 20 октября 1994 года в Москве. Похоронен на Новодевичьем кладбище.

24 декабря 2012 г. на площади «Мосфильма» состоялось торжественное открытие памятника советскому и российскому кинорежиссеру, актеру, сценаристу и педагогу, народному артисту СССР Сергею Федоровичу Бондарчуку, чьи картины вошли в историю отечественного и мирового кинематографа.