Родился 2 апреля 1964 года во Владивостоке. После выпуска из школы поступил в Московский горный институт, по окончании которого получил специальность горного инженера-физика. По распределению был отправлен в Хабаровский край, в посёлок Солнечный. Несколько лет работал на Дальнем Востоке.
Затем переехал в Москву и был принят в творческую группу телепрограммы «Великолепная семёрка», был ведущим и автором сценариев передач. В течение полутора лет Сергей Белоголовцев вместе с Василием Антоновым писал сценарии для юмористической передачи Игоря Угольникова «Оба-на!».
После закрытия этой передачи Сергей Белоголовцев оказался задействован в таких проектах канала «РТР» (ныне «Россия»), как «Раз в неделю» и «Титры и спецэффекты». Через некоторое время вместе с некоторыми своими коллегами Сергей начал работать на телеканале «ТВ-6», где создавались новые проекты «Назло рекордам» и «О.С.П.-студия».
В 2000 году Сергей Белоголовцев совместно с Татьяной Лазаревой и Михаилом Шацем снова начал работать на канале «РТР», вместе они стали авторами нового проекта «О.С.П.-студия приглашает замечательных людей». В 2002 году проект «ОСП-студия» перешёл на канал «СТС», в рамках шоу стал выходить юмористический сериал о семействе Звездуновых, в котором был задействован и Сергей Белоголовцев.
Кроме своей работы на телевидении, Сергей пробовал себя и в качестве актёра. В 2004 году он сыграл в картине «Афромосквич», в 2006-ом Сергею Белоголовцеву досталась главная роль в полнометражной комедии «Цвет неба», в 2007 актёр снимался в ситкоме «Вся такая внезапная». После годичного перерыва в 2009 году Сергей снова возобновил работу в кинематографе и появился в картинах «Два Антона», «Крыша», «Папины дочки». 2010 год ознаменовался выходом сериалов «Крёстная дочь» и «Солдаты. И офицеры», где также снялся Сергей Белоголовцев.
Сергей работал не только в кино, но и в театре. В его репертуаре есть несколько спектаклей: «До свадьбы заживёт», «Не верь глазам своим!», «КТО», «Нескромное обаяние буржуазии».
