Сергей Никитич Хрущёв родился 2 июля 1935 года в Москве. В 6 лет перенёс туберкулёз тазобедренного сустава, год провёл в гипсе. В 1952 году закончил московскую школу № 110 с золотой медалью. В 1958 году окончил факультет электровакуумной техники и специального приборостроения МЭИ.
В 1958—1968 годах работал в ОКБ Челомея заместителем начальника отдела, разрабатывал проекты крылатых и баллистических ракет, участвовал в создании систем приземления космических кораблей, ракеты-носителя «Протон». Доктор технических наук. Был удостоен звания Героя Социалистического Труда, стал лауреатом Ленинской премии, Премии Совета Министров СССР. Член ряда международных академий.
Впоследствии работал заместителем директора института электронных управляющих машин (ИНЭУМ), заместителем генерального директора НПО «Электронмаш». В Москве проживал в Староконюшенном переулке, затем в особняке на Ленинских горах.
В 1991 году С. Н. Хрущев был приглашён в университет Брауна (США) для чтения лекций по истории «холодной войны». Остался на постоянное жительство в США, в настоящее время проживает в г. Провиденс, штат Род-Айленд, имеет российское и американское (с 1999 года) гражданство. Работает профессором Института международных исследований Томаса Уотсона университета Брауна.
С первой женой — Галиной Шумовой — в разводе. Вторая жена, Валентина Николаевна Голенко, проживает с Сергеем Никитичем в США. Старший сын Никита умер 22 февраля 2007 года в Москве. Младший сын Сергей проживает в Москве.
После отставки Н. С. Хрущёва редактировал книгу воспоминаний своего отца, переправил для издания за границу. Находился под наблюдением спецслужб.
В дальнейшем выпустил ряд собственных книг с воспоминаниями об исторических событиях, свидетелем которых он был, и с собственной взвешенной оценкой происходившего: «Пенсионер союзного значения», «Рождение сверхдержавы», «Сын за отца». В работах придерживается чёткой антисталинской позиции. В настоящее время работает над книгами о «хрущёвских» реформах. Книги переведены на 12 иностранных языков. Один из сценаристов фильма «Серые волки» (Мосфильм, 1993).