Bondarchuk'un çalışmaları kendisine çok sayıda uluslararası ödül kazandırdı. Savaş ve Barış, Pierre Bezukhov'un hem yönetmenliğini hem de başrol oyunculuğunu yapan Bondarchuk'a 1968'de Yabancı Dilde En İyi Film dalında Altın Küre Ödülü ve Yabancı Dilde En İyi Film dalında Akademi Ödülü kazandırdı. Bondarchuk hem Sosyalist Emek Kahramanı hem de SSCB Halk Sanatçısı ilan edildi.

Sergei Fyodorovich Bondarchuk 25 Eylül 1920'de Bilozerka köyünde (şimdi Kherson Raion, Kherson Oblastı, Ukrayna) Ortodoks Hıristiyan köylüler Fyodor Petrovich ve Tatyana Vasilievna'nın (kızlık soyadı Tokarenko) ailesinde doğdu. Baba tarafından büyükbabası Pyotr Konstantinovich Bondarchuk etnik olarak Bulgar, büyükannesi Matryona Fyodorovna Sirvulya ise Sırp'tı. Doğum sırasında babası Kızıl Ordu'da görev yapıyordu. Son derece dindar bir insan olan annesi oğluna Radonezhli Sergius'un adını verdi ve onu Kherson yakınlarındaki Müjde Manastırı'nda vaftiz etti.

Çocukluğunu Yeysk ve Taganrog şehirlerinde geçiren Bondarchuk, 1938 yılında Taganrog 4 Numaralı Okul'dan mezun oldu. Oyuncu olarak ilk performansını 1937'de Taganrog Tiyatrosu sahnesinde sergiledi. Eğitimine Rostov Sanat Koleji'nde devam etti (1938-1942).

Eğitiminin ardından, İkinci Dünya Savaşı sırasında Nazi Almanyası'na karşı Kızıl Ordu'ya alındı. Bondarchuk Kafkasya Savaşı'nın ilk aşamasında yer aldı, daha sonra Don Cephesi olarak yeniden örgütlendi. 19 Ekim'den 8 Aralık 1942'ye kadar Stalingrad'da savaştı, Uranüs Operasyonu'nda yer aldı. Savaşlardaki cesareti nedeniyle madalya aldı ve 1946'da onur derecesiyle terhis edildi.

Bondarchuk ilk filmini 1948 yılında Sergei Gerasimov'un yönettiği The Young Guard filminde oynadı. 1952'de Taras Shevchenko filmindeki başrolüyle Stalin Ödülü'ne layık görüldü; aynı yıl 32 yaşındayken SSCB Halk Sanatçısı unvanını alan en genç Sovyet aktör oldu. 1955'te müstakbel eşi Irina Skobtseva ile birlikte Othello'da rol aldı. 1959'da Mikhail Sholokhov'un aynı adlı kısa öyküsünden uyarlanan Fate of a Man ile ilk yönetmenlik denemesini yaptı. Film gösterime girdiğinde uluslararası alanda büyük beğeni topladı.

Bondarchuk, Tolstoy'un Savaş ve Barış'ının epik yapımıyla uluslararası ün kazandı. İlk gösterime girdiğinde yedi saatten fazla süren filmin tamamlanması altı yıl sürdü ve Pierre Bezukhov rolünü hem yöneten hem de oynayan Bondarchuk'a 1968'de Yabancı Dilde En İyi Film Akademi Ödülü'nü kazandırdı. Zaferinden bir yıl sonra, 1969'da, Veljko Bulajic'in yönettiği Yugoslav destanı Battle of Neretva'da Yul Brynner ve Orson Welles ile birlikte Martin rolünü oynadı.

İlk İngilizce filmi, Dino De Laurentiis'in yapımcılığını üstlendiği 1970 yapımı Waterloo'dur. Avrupa'da eleştirmenler epik savaş sahneleri ve Napolyon dönemini yansıtan ayrıntılarıyla dikkat çekici bulmuşlardır. Ancak gişede başarısız oldu. Sovyet hükümetiyle engellerle karşılaşmamak için[kaynak belirtilmeli] 1970 yılında Komünist Parti'ye katıldı. Bir yıl sonra Görüntü Yönetmenleri Birliği'nin başkanlığına getirildi. 1986'da yarı devlet görevinden alınmadan önce Boris Godunov'u yöneterek politik filmlere yönelerek yönetmenlik kariyerine devam etti.

1973 yılında 8. Moskova Uluslararası Film Festivali'nde jüri başkanlığı yaptı.

1975'te, 1975 Cannes Film Festivali'ne katılan They Fought for Their Country'yi yönetti. 1982'de John Reed'in Ten Days That Shook the World (Dünyayı Sarsan On Gün) adlı kitabından uyarlanan Red Bells'i çekti (filmin alternatif adı da budur). 1986 yapımı Boris Godunov filmi de o yıl Cannes'da gösterildi.

Bondarchuk'un son uzun metrajlı ve ikinci İngilizce filmi, Sholokhov'un And Quiet Flows the Don'unun Rupert Everett'in oynadığı epik bir TV versiyonuydu. Film 1992-1993 yılları arasında çekildi ancak Channel One'da ancak Kasım 2006'da gösterime girebildi çünkü ortak yapımcı olan İtalyan stüdyosuyla sözleşmesindeki olumsuz maddeler nedeniyle anlaşmazlıklar yaşandı ve kasetler bir banka kasasında kilitli kaldı. Ölümünden sonra film, 2006'da kurtarılıp gösterime girene kadar birkaç yıl kilitli kaldı.

1995 yılında, ölümünden sonra 19. Moskova Uluslararası Film Festivali'nde sinemaya katkılarından dolayı onur diplomasıyla ödüllendirildi.

Önce en büyük kızı Natalya Bondarchuk'un (d. 1950) annesi Inna Makarova ile evlendi. Natalya, Andrei Tarkovsky'nin 1972 yapımı Solaris filmindeki rolüyle hatırlanmaktadır.

İkinci eşi Irina Skobtseva ile her ikisi de Othello'da oynarken tanıştı ve 1959'da evlendiler. Aktris Yelena Bondarchuk (1962-2009) ve oğlu Fyodor (1967 doğumlu) olmak üzere iki çocukları oldu (Boris Godunov'da birlikte rol aldılar), en çok gişe rekoru kıran The 9th Company (2005) filmiyle tanınan popüler bir Rus sinema oyuncusu ve yönetmendir.

Bondarchuk 20 Ekim 1994'te 74 yaşında Moskova'da miyokard enfarktüsünden öldü. Ölümünden önce Hieromonk Tikhon (Shevkunov) tarafından günah çıkartılmış ve komünyon verilmiştir. Moskova'daki Novodevichy Mezarlığı'na defnedilmiştir. Haziran 2007'de eşi Irina Skobtseva, Bondarchuk'un memleketi Yeysk'te bronz bir heykelini açmıştır.