Как об актере, Сергей заявил о себе в 1998 г, снявшись в многосерийном фильме «Агент национальной безопасности», в тот момент он работал в академическом театре комедии в Петербурге. в 2000-ом г. начинающий актер перешел в Московский «Ленком» и через несколько месяцев уже сыграл там главную роль в спектакле. Какое-то время Горобченко был одним из ключевых актеров театра, до того момента, пока он всерьез не начал сниматься в кино.
Имя Сергея Горобченко страна узнала после фильма "Бумер", в котором он сыграл одного из главных персонажей.
После съемок «Бумера» Сергей решил попробовать сниматься в Америке. Но все было не так просто, предложения не поступали. Чтобы хоть как-то существовать, ему пришлось петь в ресторане. Однажды туда пришел Ричард Гир, Сергею посчастливилось пожать ему руку. В итоге, Сергей быстро понял, что в чужой стране начинающему русскому актеру будет очень сложно завоевать внимание публики.
Сергей решил вернуться в Россию, где он был уже довольно узнаваем. В 2004 г уже вышло 6 картин с его участием. Наиболее известные фильмы с ним - «Тариф на любовь», «Доктор Живаго», «Миннесота», «За счастьем», сериалы «Братья Карамазовы» и «Молодежка».
Личную жизнь актер не скрывает, в его соцсетях можно увидеть как рабочие моменты, так и фото с семьей. Первый раз Сергей связал себя узами брака со своей сокурсницей, будучи еще студентами, у них родился ребенок. Через 6 лет они развелись. Сейчас бывшая жена с сыном живут в Италии.
В 2008 г Сергей вступил в брак с Полиной Невзоровой. Она подарила ему 7 детей. Так Сергей стал многодетным отцом 8-ми детей.
Актер ведет здоровый образ жизни, следит за фигурой и занимается в спортзале, но ранее он имел проблемы со здоровьем, это была травма колена и перелом ноги на очередных съемках, а в 2020 г у него были проблемы с поджелудочной железой. Сергей быстро победил все болячки и восстановился.
Сейчас актер не имеет дефицита предложений о съемках, в 2022 г зрители уже увидели несколько новых картин с его участием.