Родился в 1902 году в Курске.
Окончил Курское музыкальное училище
В 1931 году закончил инструкторско-педагогический факультет Ленинградской консерватории, где занимался у преподавателей Б. В. Асафьева, Ю. Н. Тюлина, X. С. Кушнарева, В. В. Щербачева, M. M. Чернова. Уроки дирижирования там же брал у Н. А. Малько.
В 1932-1947 годах является преподавателем Ленинградской консерватории.
В 1946 году стал членом ВКП(б)
В 1947 году — заместитель директора по учебной и научной работе там же.
В 1947-1953 — директор Львовской консеватории.
В 1954 году получает звание Заслуженого деятеля искусств Украины.
В 1953-1963 — проректор по учебной и научной работе в той же консерватории.
В 1963 году получает звание профессора Киевской консерватории
в 1963-1969 годах работает заведующим кафедрой теории музыки Киевской консерватории.
В 1969-1974 — консультант Киевской консерватории.
Специализировался в теории музыки, особенно в области полифонии.
Написал пособия «Элементарная теория музыки», «Руководство по практическому изучению инвенционной полифонии», по которым проходили обучение тысячи будущих музыкантов.
Сергей Павлюченко является автором многих фортепианных и хоровых произведений для детей и юношества.