В 1996—1999 годах — помощник губернатора Донецкой области Виктора Януковича и исполнительный директор Благотворительного фонда содействия социально-экономическому развитию Донецкой области.
В марте 1998 года баллотировался в народные депутаты Украины по 46 избирательному округу в Донецкой области. занял 2 место.
С марта 1999 года по март 2000 года — консультант Президента Украины.
В 2000—2001 годах — референт Президента Украины.
В 2001—2002 годах — помощник Президента Украины.
С июня 2002 года по январь 2005 года — 1-й помощник Президента Украины Леонида Кучмы.
В 2005—2006 годах — советник Председателя Верховной рады Украины.
В марте 2006 года участвовал в выборах Верховной рады 2006 года в составе Народного блока Литвина. Занимал тринадцатое место в партийном списке. Блок в Раду не прошёл. Являлся членом Народной партии.
В сентября-октябре 2006 года — руководитель Службы Премьер-министра Украины, а с октября 2006 года по ноябрь 2007 года — руководитель Аппарата Премьер-министра Украины В. Ф. Януковича.
С февраля 2007 года — член Партии регионов.
С ноября 2007 года — Народный депутат Украины 6 созыва от Партии регионов. В списке партии занимал шестое место. Член фракции Партии регонов.
С декабря 2007 года — заместитель председателя фракции Партии регионов, член Комитета по вопросам государственного строительства и местного самоуправления Верховной рады Украины.
С апреля 2008 года — заместитель председателя Партии регионов.
С 25 февраля 2010 года — глава Администрации Президента Украины .
Сергей Левочкин вместе депутатом-регионалом Юрием Бойко близок к главе РосУкрЭнерго Дмитрию Фирташу. В то же время он находится в конфликте с другим депутатом-регионалом Нестором Шуфричем. 8 июля 2009 года после заседания фракции Нестор Шуфрич публично ударил Сергея Лёвочкина.
Жена — Зинаида. Воспитывают дочь Елену и двух сыновей — Алексея и Владимира.