Будущий актёр родился в Москве.
На роль Мальчиша-Плохиша был приглашён режиссёром Евгением Шерстобитовым, которому Серёжа был знаком по роли Джонни Дорсета в новелле «Вождь краснокожих» в фильме-трилогии Леонида Гайдая «Деловые люди». Евгений Шерстобитов, наблюдавший съёмки с Тихоновым, сказал тогда своему помощнику:
В одном из интервью режиссёр отозвался об актёре:
Артист Сергей Мартинсон сомневался, стоит ли ему играть в фильме «Сказка о Мальчише-Кибальчише», но когда познакомился с Серёжей и разыграл с ним этюд: «Пряник медовый дашь? …А два дашь? …А теперь халву давай, да побольше, а то не скажу…», — согласился.
После окончания школы пытался поступить во ВГИК, но не был принят. Отслужил в советской армии. В 1971 году погиб, попав под трамвай.