Родился 22 октября 1979 года во Львове Украинской ССР.Окончил школу и профессиональное училища № 22, получив профессию заготовщика обуви.
В 1997 году Сергей поехал в гости к бабушке, чтобы отдохнуть и помочь ей по хозяйству. Когда косил траву, получил травму ноги, которая оказалась серьёзной — операция получилась неудачной, началась газовая гангрена, пришлось ногу ампутировать. Школьная учительница Сергея, хорошо знавшая Олега Петровича Ильяшенко — тренера, работавшего с паралимпийцами, рассказала ему про случившуюся с юношей беду. После длительных уговоров Сегей Атаманенко согласился заняться луком.Начал тренироваться в секции стрельбы из лука с нарушением опорно-двигательного аппарата при кафедре физического воспитания Львовского медицинского университета. Его тренерами были Олег Ильяшенко и Михаил Хускивадзе. Работает лаборантом на этой же кафедре.
К Паралимпиаде 2016 года Сергей Атаманенко готовился вместе с новым тренером — Константином Школьным.