Серджиу Николаеску родился 13 апреля 1930 года в Румынии в Тыргу-Жиу. В возрасте пяти лет переехал с родителями в г. Тимишоару. В 1952 году окончил механический факультет Бухарестского политехнического института. В 1954 г. покинул должность инженера оптического завода. Его творческая деятельность в кинематографии началась с постановки сценариев и режиссирования научно-популярных фильмов. Уже его первый короткометражный фильм — «Обыкновенная весна» (1962 г.) — был удостоен международной премии. Следом, в этом же году, вышла в свет и другая короткометражная работа — «Память роз», которая также не осталась незамеченной. В 1967 году появляется лента «Даки», в которой Серджиу Николаеску, вероятно, предложил публике задуматься о парадоксальной истории румынского народа — потомка даков и римлян — непримиримых врагов. Далее он обратился к «индейской» теме, экранизировав роман Купера «Следопыт». В 1970 году режиссёр вновь обратился к исторической тематике, сняв картину «Михай Храбрый». Это был лучший коммерческий проект румынской кинематографии. Позже Серджиу Николаеску занялся «лёгким» жанром, снимая «гангстерские» фильмы, поставив целую серию картин о комиссаре Тудоре Микловане, где сам сыграл главную роль — «Чистыми руками» (1972 г.), «Последний патрон» (1973 г.), «Комиссар полиции обвиняет». Как водится, актёру, столь успешно вошедшего в роль народного кумира, следует из неё столь же успешно выйти. Такие попытки были неоднократны, но 1978 году, поддавшись зрительскому напору, ему придётся «воскресить» «погибшего» ранее комиссара Миклована, чтобы тот смог рассчитаться со своим главным врагом в боевике «Реванш» («Revansa»). Но за эту уступку Серджиу Николаеску пришлось заплатить. Он убивает в финале «Реванша» сына комиссара. И это ещё не предел, — спустя несколько лет, в 1981 на экраны выходит «Комиссар полиции и Малыш» («Дуэль») действие которого происходит в середине тридцатых, ещё до событий, изложенных в фильме «Комиссар полиции обвиняет».
Окончательно же все фильмы о Микловане и Михае Романе, поставленные не только Серджиу Николаеску, но и другими режиссёрами, сложились в сериал, состоящий из картин: «Комиссар полиции и Малыш», «Комиссар полиции обвиняет», «Реванш», «Конспирация», «Чистыми руками», «Последний патрон», «Трудный путь на Типперари», «Капкан». В 2008 году режиссёр ещё раз воскрешает своего любимого персонажа в фильме «Оставшийся в живых».
На XV Международном кинофоруме «Золотой витязь» (2006) художественный фильм Сержиу Николаеску «15» о событиях румынской революции 1989 года был удостоен приза «Серебряный витязь».
В 1989 году Серджиу Николаеску принимал активное участие в свержении диктатуры президента Чаушеску. В 1992 г. был избран сенатором в Румынский Парламент. Также был вице-президентом комитета по культуре, искусству и средствам массовой информации. До июня 2001 г. он был членом Партии социальной демократии Румынии («PDSR»), а после, — Социал-демократической партии («PSD»). С ноября 2000 года он — вице-председатель сенатской комиссии по культуре, искусству и СМИ, член комиссии по обороне, общественному порядку и национальной безопасности. Также входил в состав делегации парламента Румынии в Парламентской ассамблее Организации по безопасности и сотрудничеству в Европе.
Серджиу Николаеску — автор нескольких книг о румынской революции 1989 г.