У Червоній Армії з 1939 року. У 1940 році закінчив Качинську військову авіаційну школу пілотів. На фронтах Великої Вітчизняної війни з червня 1941 року. Заступник командира ескадрильї 103-го гвардійського винищувального авіаційного полку 2-го гвардійського винищувального авіаційного корпусу Ленінградської армії ППО, Військ ППО країни гвардії старший лейтенант Сергій Деменков до серпня 1943 року здійснив 313 бойових вильотів, брав участь у 51 повітряному бою, провів 16 успішних візуальних аеророзвідок, особисто збив 11 ворожих літаків.
Указом Президії Верховної Ради СРСР від 28 вересня 1943 року за зразкове виконання бойових завдань командування на фронті боротьби з німецько- фашистським загарбниками і проявлені при цьому мужність і героїзм гвардії старшому лейтенанту Деменкову Сергію Васильовичу присвоєно звання Героя Радянського Союзу.
Всього за роки С. Деменков війни виконав близько 500 успішних бойових вильотів, провів 78 повітряних боїв, в яких особисто збив 15 ворожих літаків.
Після війни продовжував службу у ВПС. У 1953 році закінчив курси удосконалення офіцерського складу. З 1975 року генерал-майор авіації С.В. Деменков - в запасі.
Жив у місті Харків, і там же трудився до виходу на пенсію. Помер 4 травня 2003 року. Похований у Харкові.
Нагороджений орденом Леніна, 2 орденами Червоного Прапора, орденами Вітчизняної війни 1-го і 2-го ступеня, 2 орденами Червоної Зірки, орденом «За службу Батьківщині у Збройних Силах СРСР» ІІІ ступеня, медалями.
Ім’я С.В. Деменкова увічнено на Алеї Слави в м. Запоріжжі, на Алеї Героїв Радянського Союзу в м. Мелітополь та меморіальній дошці льотчикам Героям Радянського Союзу - випускникам Мелітопольського аероклубу.
Література про життя та діяльність
Деменков Сергей Васильевич // Вечная слава Мелитопольщины : крат. биогр. справ. / сост. Н.В. Мохов. – Мелитополь, 2005. – С. 70-71.
Мохов Н. На защите Ленинграда // Золотые звёзды мелитопольцев : очерки о Героях Советского Союза / Н.Мохов, В. Куперман. – Мелитополь, 1993. – С. 7-8.
Атака – его стиль // Подвигом славны твои земляки : рассказы о Героях Советского Союза / [авт. коллектив: Ф.Г. Блинов, И.П. Мысленков, В.А. Слободченко и др.]. – Запорожье, 1962. – С. 79-81.
Лукаш И. Седьмая симфония // Солдаты славы не искали : очерки о Героях Советского Союза - уроженцах Запорожской области / И.М. Лукаш. – Днепропетровск, 1984. – С. 64-68.
Лукаш І. Бессмертные аккорды : [Герой Радянського Союзу С.В. Деменков] // Велике бачиться на відстані : докум. повісті, нариси / Іван Лукаш. – Дніпропетровськ, 1998. – С. 626-630.
Деменков Сергей Васильевич [Электронный ресурс] // Герои страны : [сайт]. – Режим доступа: http://www.warheroes.ru/hero/hero.asp?Hero_id=6549 (дата обращения: 31.07.2013). – Загл. с экрана.
Деменков Сергей Васильевич [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://airaces.narod.ru/all0/demenkov.htm (дата обращения: 31.07.2013). – Загл. с экрана.
