Сергій народився 24 березня1987 року в Києві. Його батько працював в «Київенерго», а мати в одному з готелів міста. Батько Сергія захоплювався футболом, хокеєм та боротьбою і саме він привів його в футбольну секцію[3].
Всього за третю динамівську команду він зіграв 28 матчів та забив 2 голи. 2005 року провів 5 матчів за «Динамо-2» в Першій лізі. Першу половину сезону 2006/07 провів на правах оренди в київському ЦСКА та зіграв 5 матчів в команді[3].
У серпні 2007 року перейшов на правах вільного агента в польську«Лехію» з Гданська, підписавши річний контракт[4][5][6]. Однак за основний склад Воронін так і не зіграв, тренуючись переважно з резервною командою. Також Воронін грав за другу команду бухарестського«Динамо»[3].
Влітку 2008 року перейшов в «Княжу-2», в команді провів 18 матчів та забив 1 м'яч. На початку 2009 року перейшов в «Нафком» з міста Бровари, де тренером був Олег Федорчук. У «Нафкома» він провів півроку та зіграв 10 матчів та забив 4 голи.
Після того як команда позбулася статусу професійної, Воронін підписав контракт з вінницькою«Нивою», де тренером був колишній наставник «Нафкома» Федорчук. У сезоні 2009/10 разом з командою став срібним призером Другої ліги України та вийшов у Першу лігу. Також в цьому сезоні разом з командою виграв перший Кубок української ліги, в фіналі «Нива» обіграла «Гірник-Спорт» (4:0). Воронін був названий найкращим гравцем та найкращим захисником «Ниви» в цьому сезоні[7]. Всього за клуб він провів 37 матчів та забив 5 м'ячів.
На початку 2011 року побував на перегляді в одеському«Чорноморці», але команді не підійшов[8]. Наприкінці лютого 2011 року прибув на перегляд до «Севастополя»[9], пізніше він був заявлений за клуб[10]. 3 березня2011 року дебютував в Прем'єр-лізі в матчі проти донецького«Шахтаря» (0:1)[11], Воронін вийшов на 62 хвилині замість Вадима Болохана. До кінця сезону зіграв лише у 5 матчах чемпіонату, але за його підсумками «моряки» вилетіли з вищого дивізіону і його склад покинула низка основних гравців, після чого Воронін став часто виходити на поле. За підсумками сезону 2012/13 Воронін з командою виграли першу лігу і повернулись в еліту, де Сергій провів ще один сезон, але знову втратив місце в основі.
У липні 2014 року, після ліквідації «Севастополя», на правах вільного агента підписав контракт з луцькою «Волинню»[12]. У команді взяв 5 номер. Закріпитись у «Волині» не зумів, зігравши за сезон лише 5 матчів в чемпіонаті і один в кубку.
Улітку 2015 року був заявлений за новачка чемпіонату України, дніпродзержинську«Сталь», яка зайняла місце збанкрутілого донецького«Металурга»[13]. У новому клубі він взяв 7 номер. У складі команди дебютував у грі першого туру чемпіонату України 2015/16 проти київського«Динамо», в якій відіграв весь матч, проте «Сталь» програла з рахунком 1:2[14]. Загалом провів у складі «сталеварів» два сезони, зігравши у 34 матчах Прем'єр-ліги, після чого покинув клуб.
17 лютого 2018 року став гравцем першолігових «Сум», де пограв до кінця сезону, після чого повернувся у елітний дивізіон, ставши гравцем новачка Прем'єр-ліги «Львова»[15].
Улітку 2019 року перейшов до одеського «Чорноморця»[16].
У січні 2005 року в складі юнацької збірної України до 18 років брав участь на меморіалі Валентина Гранаткіна. Тоді Україна стала срібним призером турніру, проте в фінальному матчі Воронін участі не брав. В вересні того ж року провів одну гру за юнацьку збірну до 19 років проти однолітків з Італії, яку українці виграли 1:0.
