Родился 25 сентября 1920 года в Белозёрске (ныне Херсонская область, Украина).
Актёр, кинорежиссёр, сценарист, педагог.
Заслуженный артист РСФСР (27.08.1951).
Народный артист СССР (17.05.1952).
Герой Социалистического Труда (24.09.1980).
Заслуженный деятель культуры Чехословакии.
Окончил среднюю школу № 4 в Таганроге в 1938 году. Учась во второй школе города Ейска посещал театральный кружок. Актёрскую карьеру начал в Таганрогском драматическом театре (1937). Учился в Ростовском театральном училище (1938-1941).
В 1941-1942 годах служил актёром в Театре Красной армии в городе Грозном.
Участник Великой Отечественной войны.
Окончил актёрский факультет ВГИКа (1948, мастерская С.А. Герасимова). Дипломная работа — роль Валько в фильме «Молодая гвардия».
С 1959 года — режиссёр киностудии «Мосфильм». Режиссёрский дебют - фильм «Судьба человека» (1959).
С 1971 года — руководитель актёрской мастерской ВГИКа, с 1974 года — профессор.
В 1971 году избран секретарём правления СК СССР. С 1972 по 1994 гг. — художественный руководитель студии «Время». В 1986 году в ходе исторического перестроечного V съезда кинематографистов СССР, Сергей Бондарчук, наряду с другими признанными фигурами советского кинематографа С. И. Ростоцким и Л. А. Кулиджановым, был забаллотирован на выборах секретариата и покинул руководство Союза кинематографистов СССР.
Сергей Фёдорович ушёл из жизни днём 20 октября 1994 года в московской больнице от инфаркта миокарда. За два часа перед смертью он причастился и исповедовался. Похоронен великий режиссёр 24 октября на Новодевичьем кладбище (участок № 10, ряд № 9, место № 1).
В конце 1940-х годов его супругой стала актриса Инна Макарова. В этом браке 10 мая 1950 года родилась дочь Наталья, ставшая впоследствии актрисой и режиссёром.
В 1959 году Сергей Фёдорович женился на актрисе Ирине Скобцевой. В этом звёздном союзе родились двое детей: дочь — актриса Алёна Бондарчук, сын — актёр и режиссёр Фёдор Бондарчук.
