Сергей Безруков родился 18 октября 1973 года в Москве, в семье известного режиссера и актера Виталия Безрукова. Образование получил в школе-студии при МХАТЕ в 1994 году на курсах народного артиста СССР Олега Павловича Табакова. В этом же, 1994 году, был зачислен в труппу театра Табакова.

На счету актера десятки работ в театре, среди которых роли в спектаклях: «Билокси-Блюз», «Матросская тишина», «Затоваренная бочкотара», «Ревизор», «Страсти по Бумбарашу», «Анекдоты», «Звездный час по местному времени». Также работал во МХАТе им. А. П. Чехова, где сыграл в спектаклях «Священный огонь», «Амадей» и некоторых других.

В течение нескольких лет проработал на телевидении, озвучивая 11 персонажей сатирической телепередачи «Куклы» на канале «НТВ». В этом же качестве работал и нескольких других проектах, среди которых «Сборник стихов Есенина», радиопостановка «Азазель» и многие другие.

В большом кино Сергей Безруков дебютировал в 1994 году, с главной ролью в криминальной мелодраме «Ноктюрн для барабана и мотоцикла» (1994), которая осталась незамеченной широкими зрительскими массами. Затем сыграл главную роль в гораздо более известном боевике «Крестоносец» (1995), и несколько второстепенных ролей в картинах «На бойком месте» (1998), «Китайскiй сервизъ» (1999), «Вместо меня» (2000), ни одна из которых не прибавила известности Безрукову-киноактеру.

Всероссийскую известность Безруков получил благодаря главной роли в нашумевшем телесериале «Бригада» (2002), имевшем оглушительный успех на территории всего постсоветского пространства. На актера, до этого момента, блиставшего исключительно в театре, обращают самое пристальное внимание. Количество предлагаемых ролей, как впрочем, и их качество значительно возрастает.

Наиболее заметными проектами с участием актера, вышедшими на экраны после «Бригады» являются: «Бой с тенью» (2005), «Мастер и Маргарита» (сериал), «Есенин» (сериал), «Поцелуй бабочки» (2006), «Пушкин: Последняя дуэль» (2006) и «Ирония судьбы. Продолжение» (2007).

Сергей Безруков женат на актрисе Ирине Безруковой ("Ричард Львиное Сердце" (1992), "Рыцарь Кеннет" (1993) и др.).