Сергей Гайдученко начал свою профессиональную карьеру в 2007 году в составе новокузнецкого «Металлурга», выступая до этого в фарм-клубе ярославского «Локомотива». В том же году на драфте НХЛ он был выбран в 7 раунде под общим 202 номером клубом «Флорида Пантерз». В 2008 году Сергей дебютировал в КХЛ в составе «Локомотива», проведя за весь сезон лишь 3 игры. В том сезоне Гайдученко стал финалистом Кубка Гагарина. В следующем году Сергей принял участие в 20 играх ярославцев, выступая в команде вместе с Георгием Гелашвили.
4 июля 2010 года Гайдученко подписал двухлетний контракт с московским ЦСКА, в составе которого в сезоне 2010/11 стал вторым вратарём после Стива Валикетта, проведя 23 игры с коэффициентом надёжности 2.90. Также в том сезоне Сергей стал обладателем Кубка Харламова в составе клуба «Красная Армия».
Изначально, украинская Федерация хоккея предлагала Сергею выступать за сборную Украины, однако Гайдученко каждый раз отказывался, мотивируя это своим желанием играть за российскую сборную. Сергей получил российский паспорт в 2005 году, однако по правилам ИИХФ он не имел права выступать за сборную России до 24 июня 2008 года. Тем не менее, Гайдученко играл за юниорскую сборную страны в турнирах, проводящихся не под эгидой ИИХФ. В 2011 году Сергей вёл переговоры с Федерацией хоккея Украины относительно его участия в чемпионате мира в первом дивизионе, однако на турнире он так и не сыграл.