Лукьянов Сергей Анатольевич в 1985 году окончил Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова по специальности «Физиология». С 1986 года работал в Институте биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (ИБХ РАН), пройдя путь от стажера-исследователя до заведующего отделом.
В 1994 году защитил кандидатскую диссертацию по теме «Клонирование нового нейроспецифического гомеобоксного гена XANF-1 и анализ его экспрессии в ходе раннего эмбриогенеза шпорцевой лягушки», выполненную в лаборатории структуры и функции генов человека (научный руководитель - академик РАН, доктор химических наук Е.Д. Свердлов). Докторскую диссертацию по теме «Селективная супрессия полимеразной цепной реакции – новый подход к анализу структуры и экспрессии сложных геномов» (научный консультант - академик РАН, доктор химических наук Е.Д.Свердлов), выполненную в ИБХ РАН, защитил в 1999 году.
В 2003 году был избран членом-корреспондентом Российской академии наук, а в 2011 году – академиком РАН.
В 2010-2014 гг. в рамках выполнения Мегагранта создал лабораторию флуоресцентного биоимиджинга Нижегородской государственной медицинской академии. В настоящее время на базе этой лаборатории создан НИИ биомедицинских технологий НижГМА. В 2012-2013 гг. замещал должность помощника федерального министра в министерстве Здравоохранения РФ. В 2013-2015 гг. работал проректором РНИМУ имени Н.И. Пирогова, с 29.04.2015 исполнял обязанности ректора, а в 2016 г. был избран ректором РНИМУ им. Н.И. Пирогова.
За время работы опубликовал более 180 научных работ в отечественных и зарубежных журналах (индекс Хирша 58, суммарный индекс цитирования более 18000 по данным Web of Science), является автором 51 патента на изобретение.
В 2006 г. был награжден премией Российской академии наук имени академика Ю.А.Овчинникова за выдающиеся работы в области физико-химической биологии и биотехнологии за работу «Флуоресцентные белки: поиск, исследование и применение в биотехнологии», в 2012 г – международной премией в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE 2012. Лауреат Государственной премии РФ за разработку и внедрение комплекса технологий анализа структуры и функций сложных геномов за 2015 год.
