Родился 25 декабря 1919 года в селе Астраханка ныне Мелитопольского района Запорожской области (Украина) в семье рабочего. По окончании школы ФЗУ работал токарем дизелестроительного завода в Мелитополе.

В Красной Армии с 1939 года. В 1940 году окончил Качинскую военную авиационную школу пилотов.

На фронтах Великой Отечественной войны с июня 1941 года. Заместитель командира эскадрильи 103-го гвардейского истребительного авиационного полка (2-й гвардейский истребительный авиационный корпус, Ленинградская армия ПВО, Войска ПВО страны) гвардии старший лейтенант Сергей Деменков к августу 1943 года совершил 313 боевых вылетов, участвовал в 51 воздушном бою, сбил одиннадцать вражеских самолётов.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 28 сентября 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистским захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм гвардии старшему лейтенанту Деменкову Сергею Васильевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 1123).

За время войны совершил около 500 боевых вылетов на истребителях И-16, Р-40 "Киттихаук" и Р-39 "Аэрокобра", в воздушных боях лично сбил 14 самолётов противника.

После войны продолжал службу в ВВС. В 1953 году окончил курсы усовершенствования офицерского состава. С 1975 года генерал-майор авиации С.В.Деменков - в запасе.

Жил в городе Харьков (Украина), и там же трудился до выхода на пенсию.

Умер 4 мая 2003 года. Похоронен на кладбище №2 в Харькове.

Награждён орденом Ленина, 2 орденами Красного Знамени, орденами Отечественной войны 1-й и 2-й степени, 2 орденами Красной Звезды, орденом "За службу Родине в Вооружённых Силах СССР" 3-й степени, медалями.

Список побед аса