Денисенко 1959 года рождения. После службы в армии поступил на юридический факультет Воронежского государственного университета. По распределению попал в КГБ СССР. С 1989 по 1992 годы - в Службе внешней разведки, затем проходил службу в ФСБ России.
В декабре 2004 года Сергей Денисенко был назначен руководителем управления Федеральной регистрационной службы по Воронежской области. За два года ему удалось сделать управление одним из лучших в стране. В феврале 2007 года Сергей Дмитриевич возглавил столичное управление Росрегистрации. Именно при нем московская Росрегистрация и налоговые органы стали совместно выявлять тех жителей столицы, кто сдает в наем квартиры и не платит при этом налог.