Героем и примером мужества для Сергея был и остаётся его дед по отцовской линии, который прошёл пять войн и многому научил внука.
В 1989 году будущий актёр поступил в Ленинградский государственный горный институт, сдав все экзамены на отлично. Сергей выбрал Северную столицу для учёбы не случайно: все предки по маминой линии были петербуржцами, а в 1935 году её семья была сослана на Урал. Проучившись всего полгода, Горобченко перешёл в Государственный институт театра, музыки и кинематографии им. Н. К. Черкасова.
В 2000 году Сергей окончил театральный вуз и стал служить в Санкт-Петербургском академическом театре комедии имени Н. П. Акимова. Горобченко не всё время посвящал труппе, а параллельно принимал участие в антрепризных постановках Михаила Боярского. Впоследствии именно Михаил Сергеевич помог молодому актёру сделать ещё один важный шаг в своей карьере и устроиться в театр Ленком. Сергей быстро завоевал уважение руководителей и коллег по сцене и через пару месяцев работы получил первую главную роль в спектакле. Рвение к искусству ни разу не заставило засомневаться в выборе профессии и дальнейшего образа жизни. Некоторое время Горобченко был звездой театра, а потом в его жизни появилось кино.
Сериал «Агент национальной безопасности» стал для Сергея точкой отправления в мир бесконечных съёмок и пресс-конференций. Актёр не стал главным героем, но его роль была постоянной в киноленте. После съёмок в детективе Горобченко получил первую главную роль в комедийном фильме «Башмачник».
Позже Сергей Горобченко стал одним из самых перспективных актёров российского кинобизнеса. Популярность в России и других странах СНГ артист получил благодаря криминальной драме «Бумер».
Став знаменитым после «Бумера», Сергей начал получать массу предложений от режиссёров. К Горобченко приклеилось амплуа бандита, от которого он долго не мог избавиться. Сейчас Горобченко можно увидеть в роли героя, сотрудника правоохранительных органов, хоккеиста и других персонажей.
Славу актёру упрочили другие популярные кинокартины. Среди таковых стоит вспомнить фильмы «Место под солнцем», «Тариф на любовь», «Вышел ёжик из тумана», «Наказание без преступления», «Московский жиголо», «Первый после бога», «Лифт», «Квартирантка», «Миннесота» (приз фестиваля «Амурская осень») и многие другие работы актёра.
Также большой успех Сергею Горобченко принесли популярные телевизионные и кинематографические проекты – «Москва. Центральный округ», «Таксистка», «Братья Карамазовы», «Доктор Живаго», «Идеальная жертва», «За полчаса до весны», «Торгсин», «Звездная любовь», «Бывших не бывает» и некоторые другие. Каждый из названных фильмов стал маленькой ступенькой в карьере актёра. В 2010-м году российской редакцией журнала GQ (Gentlemen's Quarterly) актёру было присуждено звание «Мужчины года».
В настоящее время карьера Сергея Горобченко не сбавляет обороты. Предложений от режиссёров с каждым годом становится всё больше. Актёр продолжает оттачивать своё мастерство в детективном, мелодраматическом и комедийном жанрах. Съёмки в кино сопряжены для Сергея с риском для здоровья, так как многие трюки он выполняет сам.