Сергей Бондарчук-младший родился 29 ноября 1991 года в Москве, в семье Федора и Светланы Бондарчук. Младшая сестра — Варвара (род. 5 мая 1999). В 2016 году родители Сергея развелись, а в сентябре 2019-го Федор Сергеевич женился на актрисе Паулине Андреевой.
Широкая известность пришла к Бондарчуку-младшему в конце декабря 2009 года после драки с теннисистом Маратом Сафиным, которая произошла в ночном клубе.
Спустя два года Сергей, занимающийся боксом, снова стал участником драки — на этот раз сын Федора Бондарчука ударил попросившего у него закурить прохожего на фестивале «Кинотавр».
После окончания школы будущий актер основал собственную фирму по оказанию строительных услуг, а затем улетел в США, где учился на кинорежиссера и продюсера.
В 2013 году парень дебютировал в кино, сыграв роль в ленте «Сталинград», снятой его отцом.
В мае 2012 года Сергея Бондарчук-младший женилася на дочери Тате Мамиашвили, средней дочери Олимпийского чемпиона 1998 года по греко-римской борьбе Михаила Мамиашвили. 6 декабря 2012-го у пары родилась дочь Маргарита, а 12 мая 2014-го — дочь Вера.
Наибольшую известность Сергею принес боевик 2015 года «Воин», где Бондарчук сыграл одну из главных ролей. В ленте также сыграли Федор Бондарчук, Владимир Яглыч и Светлана Ходченкова.
В 2016 году Бондарчук-младший исполнил роль легендарного борца Александра Карелина в спортивной ленте «Чемпионы: Быстрее. Выше. Сильнее».
В 2018 году Сергей снялся в сериале «Мертвое озеро» и в короткометражке «Невиновный», а в следующем году сыграл в ленте «Он+Она», военной драме «Подольские курсанты» и короткометражном фильме «Есть город золотой».
В ноябре 2019 года Тата Бондарчук подала на развод с Сергеем Бондарчуком-младшим. Финальная точка в отношениях звездной пары была поставлена в декабре того же года.
Экс-супруга — Тата Мамиашвили (брак с мая 2012-го по декабрь 2019 года)
Дочери — Маргарита (род. 6 декабря 2012-го) и Вера (род. 12 мая 2014-го)