Сергей Павленко родился в городе Сумы (Украина), вырос в Ростове-на-Дону. В 1972-1977 учился в Московской консерватории у Николая Сидельникова (композиция) и Эдисона Денисова (инструментовка). В 1980 окончил аспирантуру МГК.

Под влия­нием стилистики Денисова были написаны ранние опусы Павленко: Концер­ты для саксофона, флейты, вио­лончели с оркестром, Квартет для 4-х саксофонов, Hommage для фа­гота и струнного квартета (это сочинение, премьеру которого исполнил на фестивале «Москов­ская осень» Валерий Попов, стало одной из «визитных карточек» композитора).

«Я думаю, что определенная линия творчества у меня есть, как она есть у каждого, – вспоминал Павленко спустя годы. – В самом начале, 20 лет назад, когда я приехал в Москву, большое значение для меня имело общение с Денисовым. В его классе можно было получить ту музыкальную информацию, которой я не имел до этого, узнать о самых последних событиях в мире современной музыки, познакомиться с новыми партитурами, записями, в том числе и его собственными. Естественно, что несколько лет я находился под его влиянием, хотя всегда хотел говорить своим “голосом”. Помню, уже после окончания консерватории Денисов в каком-то разговоре высказал любопытную мысль: “Вы должны возненавидеть мой стиль, тогда Вы станете хорошим композитором”». («Музыка из бывшего СССР», вып. 1. – М., «Музыка», 1994, с. 272)

Известность в музыкальных кругах пришла к Сергею Павленко рано. Его талант оценил худрук театра на Таганке Юрий Любимов, в 1976 пригласивший 24-летнего студента консерватории на работу в свой театр. Приглашение от Любимова дорогого стоило: с ним и его театром в те годы сотрудничали такие мэтры, как Эдисон Денисов и Альфред Шнитке.

Молодой музыкальный руководитель самого популярного театра Москвы принимал участие в выпуске спектаклей «Мастер и Маргарита», «Преступление и наказание», «Три сестры», «Владимир Высоцкий» и других. И сам писал музыку к спектаклям Таганки («Жалобная книга» по Чехову и другие постановки).

В 1982 Павленко ушел из театра и полностью посвятил свою жизнь творчеству.

«1980-е годы – пора серьезных творческих свершений, – писал о Павленко его близкий друг композитор Виктор Екимовский в “Музыкальном обозрении”. – За это десятилетие, необычайно пло­дотворное, Павленко написал пять симфоний, три концерта, большое количество камерных ансамблей, среди которых особо выделяется Концерт-серенада памяти Владимира Высоцкого для кларнета и струнных, при­знанная не только публикой и музыкантами-профессионала­ми, но даже самыми лютыми идеологическими критиками.

На рубеже веков Павленко про­явил себя как подлинный мастер, выработавший свой стиль и эсте­тику, где свободно сочетаются “авангардизм” и тональность, се­риализм и минимализм, экспрес­сионизм и постмодерн. Каталог его сочинений активно пополня­ется, переходя трехзначную циф­ру. Основной проект композитора в последние годы – Большая ин­струментальная месса, состоящая из монументальных концертов: De profundis для скрипки и альта с оркестром, Gloria для оркестра, Te deum для фортепиано с орке­стром, Credo для виолончели с оркестром. Эти сочинения с успехом прозвучали в концертах фестивалей “Московская осень” с участием известных солистов В. Иголинского, Ю. Тканова, Е. Ру­мянцева, дирижеров В. Понькина и В. Полянского. Премьеры произ­ведений Павленко стали настоя­щими событиями в музыкальной жизни Москвы. К сожалению, данный мега-проект остался незаконченным: пятая часть – Agnus Dei – появиться не успела». («МО», № 3, 2012)

При жизни Сергея Павленко его музыка исполня­лась часто: на фестивале «Московская осень» и на многих других фестивалях в Рос­сии и за рубежом. Премьеры его сочинений состоялись во Фран­ции, Германии, Нидерландах, Югославии, США, Кана­де. Ряд сочинений остался в звукозаписи.

В начале 1990-х Сергей Павленко вошел в АСМ-2 – Ассоциацию современной музыки, основанную его учителем Эдисоном Денисовым, и активно участвовал в ее работе.

Вот как композитор в те годы говорил о своем стиле:

«Я никогда особенно не старался писать так, чтобы кому-то понравиться, да и сейчас не стремлюсь к этому. Честно говоря, в современной музыке есть не так уж много вещей, которые по-настоящему мне импонируют…

Важнейшей предпосылкой плодотворной композиторской работы я считаю развитие собственной, неповторимой с точки зрения идей, музыкально-драматургической концепции и ее убедительное воплощение. При этом не важно, какая композиционная техника используется… Я стремлюсь к соединению различных способов композиции… За каждым конкретным произведением, даже если это небольшая пьеса, стоит определенная художественная задача. Особенно важной кажется мне единичность эстетической идеи.

…Я многое почерпнул из сочинений Эдисона Денисова, Альфреда Шнитке и Софии Губайдулиной. Из западных композиторов важнейшие импульсы для творчества я почерпнул в музыке Лючано Берио, Карлхайнца Штокхаузена, Дьердя Лигети и некоторых других». («Музыка из бывшего СССР», том 1. – М., «Музыка», 1994)   

В 2002 Павленко был назван лауреа­том Премии газеты «Музыкальное обо­зрение» и вместе с другими композиторами-лауреатами этой премии был приглашен принять участие в создании коллективного сочинения – концерта для симфонического оркестра «Десять взглядов на десять заповедей», написанного в 2004 к 15-летию «МО». Так сложилось, что Сергей Павленко первым из участников это­го проекта ушел из жизни. Это случилось 3 февраля 2012. Сергей Васильевич умер от внезапной остановки сердца, не дожив до своего 60-летия трех месяцев. Сегодня нет в живых уже четверых авторов «Десяти взглядов»: Сергея Павленко, Андрея Эшпая, Романа Леденева, Александра Вустина…

«8 февраля 2012, на очередном засе­дании Ассоциации Современной Музыки (АСМ-2), членом кото­рой Павленко был с ее основа­ния, намечалось прослушива­ние сочинений композитора. Однако судьба уготовила имен­но на этот день траурную цере­монию в Союзе композиторов. На ней друзья, близкие и родные сказали немало теплых слов о личности Сергея, о его музыке, о его убежденных и бескомпро­миссных взглядах на современ­ною музыку и суждениях о ней; вспоминались примечательные страницы его жизни – в частности, период работы в Театре на Таганке у Ю. Любимова.

А заседание АСМ с произведе­ниями Павленко все же состоя­лось спустя несколько дней – увы, уже без присутствия авто­ра. На этом мемориальном со­брании всем стало совершенно очевидно, что мы потеряли боль­шого композитора, ушедшего на взлете, музыка которого войдет и уже вошла в историю отече­ственного искусства». (Виктор Екимовский)