Сергей Иванович Пономарёв родился в Самаре в семье портного. Окончил технические курсы, работал строителем, увлекался театром. Ещё учась в школе, играл в оркестре, выступал на эстраде, участвовал в драматическом кружке.

После службы в армии поступил во вспомогательный состав Куйбышевского ТЮЗа (сейчас театр «СамАрт»), который в 1939 году был переведён в Читу. В 1946—1958 годах играл в Омском театре драмы. В 1953—1958 годах был председателем Омского отделения ВТО (Всероссийского театрального общества).

С 1958 года по 1989 год работал в Куйбышевском драматическом театре.

Разносторонний художник владел искусством создания и социально-психологического портрета, и гротесково-комедийных характеров.

Роли: Илья Артамонов («Дело Артамоновых» М. Горького), Маякин («Фома Гордеев» М. Горького), Лайош Тоот («Тоот, майор и другие» И. Эркеня), Канцлер Берли («Мария Стюарт» Ф. Шиллера), Полоний («Гамлет» У. Шекспира), Акоп («Проделки Ханумы» А.А. Цагарели), Лыняев («Волки и овцы» А.Н. Островского), Мамаев («На всякого мудреца довольно простоты» А.А. Островского), Судаков («Гнездо глухаря» В.С. Розова), Городничий («Ревизор» Н.В. Гоголя), Бертье («Наполеон Первый» Ф. Брукнера), Селиван («Усвятские шлемоносцы» по Е.И. Носову) и другие.

Снимался в кино.

Фильмография:

«Дубравка» (1967) — эпизод

«Тревожные ночи в Самаре» (1969) — Башкатин, нэпман (озвучивает Виктор Чекмарёв)

«Самый последний день» (1972) — Геннадий Васильевич Бызин, кляузник

«Усвятские шлемоносцы» (телеспектакль,1982) — Селиван