Композитор, дирижер, педагог. Родился 18 (30) марта 1872 г. в Москве. В 1901 г. окончил Московскую консерваторию; его учителями были С. Танеев, М. Ипполитов-Иванов, В. Сафонов. В 1906—1956 гг. преподавал в Московской консерватории (с 1907 г. профессор, с 1932 г.— заведующий кафедрой композиции).
На протяжении более чем полувекового творческого пути Василенко обращался почти ко всем жанрам музыки. Написал оперу-кантату «Сказание о граде великом Китеже и тихом озере Светлояре» (1902), оперы «Сын солнца» (1929), «Христофор Колумб», «Буран» (1939), «Суворов» (1942); 5 симфоний, 7 сюйт, инструментальные концерты, произведения камерного жанра.
Является автором балетов: «Нойя» (1923), «Иосиф Прекрасный» (1925), «В солнечных лучах» (1926), «Лола» (1926, 2-я ред. 1943), «Карусель» (1933), «Цыганы» (1936), «Ак-Биляк» (1942). В его балетах ярко проявился интерес к народной музыке, к сюжетам с ярко выраженными национальными чертами. Наиболее значительным сочинением Василенко стал балет-комедия «Мирандолина» (1946), отличающийся яркой, блещущей остроумием и игрой фантазии музыкой.
Все произведения Василенко отличаются богатой колористической оркестровкой.
Умер Сергей Никифорович Василенко 11 марта 1956 г. в Москве.