Родился в г. Голая Пристань (Херсонская обл.), закончил Донецкий политехнический институт по специальности «горный инженер-экономист». Госслужащий второго ранга, кандидат экономических наук, учредитель ООО «Центр энергетического моделирования» (партнеры - Александр Гусев и Александр Рогозин).
1977-1979 гг. - экономист Института экономики промышленности НАНУ. В 1979-1998 гг. Сергей Титенко работал ассистентом и завкафедрой в Донецком политехническом институте. За это время вуз окончили Виктор Янукович (Президент Украины), Василий Джарты (глава Совмина Крыма), Андрей Клюев (первый вице-премьер) и его брат Сергей Клюев (народный депутат от Партии регинов), директор ГП «Энергорынок» Александр Рогозин, вице-президент НАЭК «Энергоатом» Михаил Шевцов, экс-секретарь СНБО и экс-совладелец ИСД Виталий Гайдук и пр.
1998-1999 гг. - начальник управления информационно-аналитического обеспечения и перспективного развития отрасли Минуглепроме. 1999 г. - эксперт службы первого вице-премьера Анатолия Кинаха. 2000-2001 гг. - заместитель гендиректора корпорации «Укрподшипник» (контролируют Андрей и Сергей Клюевы). 2001-2002 гг. - советник премьер-министра Анатолия Кинаха. 2002-2003 гг. - заместитель госсекретаря Минтопэнерго. 2003-2004 гг. - первый замминистра топлива и энергетики Сергея Ермилова.
В 2004-2005 гг. Сергей Титенко возглавлял НКРЭ. 2005-2007 гг. - первый замминистра топлива и энергетики Ивана Плачкова (первый Кабмин Юлии Тимошенко) и Юрия Бойко (Кабмин Юрия Еханурова). Январь-октябрь 2007 г. - председатель НКРЭ
С ноября 2007 г. - народный депутат по списку Партии регионов, первый заместитель председателя комитета ВР по вопросам ТЭК. Февраль-октябрь 2008 г. - глава правления «Киевэнерго».
В марте 2010 г. Сергей Титенко в третий раз возглавил НКРЭ.