Актером так и не стал.
В 1962 году на советские экраны вышла кинокомедия Леонида Гайдая «Деловые люди». Фильм представлял собой три не связанные друг с другом по сюжету новеллы по рассказам О. Генри. Одной из самых любимых зрителями стала третья новелла — «Вождь краснокожих». Главные роли в ней исполнил культовые актеры СССР Георгий Вицин и Алексей Смирнов. Вместе с ними на экране блистал и совсем юный Сергей Тихонов, сыгравший Джонни Дорсета.
Сергей попал в кино случайно: его родители трудились на производстве и никак не были связаны с кинематографом. Изначально Гайдай планировал пригласить на роль вождя Надежду Румянцеву, тем более что та часто играла в кино мальчиков-хулиганов. Однако когда Леонид Иович увидел Тихонова, то тут же понял, что вот он, идеальный кандидат на роль. Сергей был весельчаком и легко находил общий язык со взрослыми актерами и всей съемочной группой.
После премьеры фильма мальчик, как это часто бывало, стал настоящей знаменитостью. Его знали, кажется, в каждом доме СССР, а режиссеры бились за то, чтобы пригласить его в свой фильм. Так, Тихонов сыграл в «Сказке о Мальчише-Кибальчише» у Евгения Шерстобитова. Позже режиссер отмечал: «Не надо быть режиссером, чтобы увидеть, каким редким актерским даром обладал этот ребенок. Актер он был великолепный, от Бога. Съемочная группа в этом мальчике души не чаяла, такой был заводила».
В 1967 году Тихонов сыграл в фильме «Дубравка». Это была его третья роль — после нее мальчик всерьез задумался о поступлении на актерский факультет. Сергей подал документы во ВГИК, на курс Герасимова и Макаровой, но мастера его таланта не оценили и на обучение не приняли.
Даже несмотря на это, парню пророчили успешную актерскую карьеру, но 21 апреля 1972 года его не стало. Сергею был всего 21 год, когда он попал под трамвай. Его знакомые считали, что его смерть — всего лишь несчастный и нелепый случай, но были и другие версии. По одной из них, актер увлекался азартными играми и был должен плохой компании внушительную сумму денег. Пути, на которых погиб Сергей, расположены как раз напротив ипподрома, поэтому многие коллеги по кино посчитали, что его столкнули на рельсы намеренно.