После окончания театрального училища Сергей вошел в состав театра «Табакерка», на сцене которого сыграл не один десяток ролей. Особо запоминающим для актера стал спектакль «Амадей» Марка Розовского, ведь он играл на одной сцене со своим руководителем и идейным вдохновителем Олегом Табаковым. Харизматичный актер берется за самые сложные постановки, так в пьесе «Сирано де Бержерак», где его персонаж несмотря на уродливость должен влюблять в себя зрителей, Безруков блестяще справился с этой ролью.  За свою игру Безруков не раз удостаивался всяческих наград и восторженных отзывов критиков. 
В марте 2013 года Сергей Безруков был назначен на пост руководителя Московского губернского театра. В этом же году состоялась премьера спектакля «Нашла коса на камень» по мотивам произведения Александра Островского. Изюминкой театра стала доступность его посещения для людей с ограниченными возможностями: в театре установили пандусы и оборудование для тифлокомментирования. За это Безруков получил премию «Инновационный прорыв». Сергей развивал театр, хотел его сделать местом для людей, неудивительно, что он выступил инициатором проведения Летнего и Международного детского театральных фестивалей.
Напомним, что актер был назван в честь русского поэта Сергея Есенина, поэтому творчество Безрукова так или иначе связано с ним. В 1995 году он воплотил образ поэта на сценических подмостках в спектакле «Жизнь моя, иль ты приснилась мне?». А в 2005 году он сыграл Есенина в кино в биографической драме, написанной по книге отца поэта. В 2008 году Сергей выпустил альбом под названием «Хулиган», где исполнил песни на стихи Сергея Есенина.
Что касается кино, то Сергей засветился на широком экране в возрасте 30 лет, вначале он играл эпизодические и главные роли, но оставался зрителю незамеченным. Все перевернулось, благодаря участию Безрукова в сериале «Бригада», где актер сыграл главную роль персонажа Саши Белого – криминального авторитета. Этот фильм разделил карьеру Сергея на до и после. После этой картины на него стали сыпаться предложения с участием в различных проектах. Однако, чтобы не ассоциироваться с ролью криминального персонажа, Безруков согласился сыграть честного, справедливого, отважного милиционера Павла Кравцова в сериале «Участок».
Далее шли такие картины как: роль Иешуа из «Мастера и Маргариты», Александра Пушкина из «Пушкин: последняя дуэль», лейтенанта Ивана Бурова из «В июне 41-го», Владимира Высоцкого из «Высоцкий. Спасибо, что живой». Сергей немного отошел от привычного амплуа в комедии «Каникулы строгого режима», где он сыграл беглого преступника, которому на время пришлось замаскироваться под вожатого пионерского лагеря.
В 2015 году на экраны вышла картина «Млечный путь», являющейся совместной работой актера со своей женой Анной Матисон. Второй работой стала драма «После тебя». В 2018 году вышел сериал «Годунов», где Безруков сыграл самого царя Бориса Годунова. Для этой роли актер много прочитал исторических фактов о царе и блестяще воплотил его образ в кино. В 2021 году Сергей Безруков снялся в комедии «Нищеброды» и выступил ее генеральным продюсером. На счету актера десятки ролей знаменитых людей, так Сергею довелось сыграть Остапа Бендера в фильме «Бендер».
В 2022 году Безруков порадовал своих поклонников фильмов «Мистер Нокаут», в котором сыграл тренера советского боксера Валерия Попенченко.

2023 год ознаменовался участием Сергея Безрукова в исторической драме «Нюрнберг», где персонаж Сергея – это Роман Руденко советский государственный деятель. А весной вышел детектив «Шпион». 

Первой женой Сергея стала актриса Ирина Безрукова. Они познакомились на съемках фильма «Крестоносец 2». В то время Ирина была замужем, но это не остановило Сергея ворваться в ее жизнь и сделать предложение. Общих детей у них не было, но Сергей очень тепло относился к сыну Ирины от первого брака. Пара прожила вместе 15 лет. Как гром среди ясного неба стала смерть сына Ирины, парень скончался от сердечной недостаточности. Также стало известно о двух внебрачных детях Безрукова. Со второй супругой Анной Матисон Сергей познакомился на съемках фильма «Млечный путь». Вскоре пара поженилась, сейчас они воспитывают троих детей.