Народився в м. Гола Пристань (Херсонська обл.), Закінчив Донецький політехнічний інститут за спеціальністю «гірничий інженер-економіст». Держслужбовець другого рангу, кандидат економічних наук, засновник ТОВ «Центр енергетичного моделювання» (партнери - Олександр Гусєв та Олександр Рогозін).
1977-1979 рр. - економіст Інституту економіки промисловості НАНУ. В 1979-1998 рр. Сергій Тітенко працював асистентом і завкафедрою в Донецькому політехнічному інституті. За цей час вуз закінчили Віктор Янукович (Президент України), Василь Джарти (голова Радміну Криму), Андрій Клюєв (перший віце-прем'єр) і його брат Сергій Клюєв (народний депутат від Партії Регіною), директор ДП «Енергоринок» Олександр Рогозін, віце -президент НАЕК «Енергоатом» Михайла Шевцова, екс-секретар РНБО і екс-співвласник ІСД Віталій Гайдук і пр.
1998-1999 рр. - начальник управління інформаційно-аналітичного забезпечення та перспективного розвитку галузі Мінвуглепромі. 1999 р. - експерт служби першого віце-прем'єра Анатолія Кінаха. 2000-2001 рр. - заступник гендиректора корпорації «Укрпідшипник» (контролюють Андрій та Сергій Клюєви). 2001-2002 рр. - радник прем'єр-міністра Анатолія Кінаха. 2002-2003 рр. - заступник держсекретаря Мінпаливенерго. 2003-2004 рр. - перший заступник міністра палива та енергетики Сергія Єрмілова.
В 2004-2005 рр. Сергій Тітенко очолював НКРЕ. 2005-2007 рр. - перший заступник міністра палива та енергетики Івана Плачкова (перший Кабмін Юлії Тимошенко) і Юрія Бойка (Кабмін Юрія Єханурова). Січень-жовтень 2007 р. - голова НКРЕ
З листопада 2007 р. - народний депутат за списком Партії регіонів, перший заступник голови комітету ВР з питань ПЕК. Лютий-жовтень 2008 р. - голова правління «Київенерго».
В березні 2010 р. Сергій Тітенко втретє очолив НКРЕ.