Сергей Сергеевич Брюхоненко родился 30 апреля (12 мая) 1890 г. в г. Козлове Тамбовской губернии (ныне г.Мичуринск), в семье железнодорожного инженера. В доме на Привокзальной улице в Козлове прошли ранние годы жизни будущего ученого. Его отец – путейский инженер-механик С.Н. Брюхоненко – занимал казённую квартиру в доме железнодорожного ведомства, вблизи от вагонно-ремонтных мастерских. Время постройки - предположительно 80-е годы ХIХ века. Квартира С.Н. Брюхоненко находилась на 2-м этаже дома в левой части и состояла из нескольких комнат, среди которых выделялся кабинет хозяина с большой библиотекой. Дом, где жил известный врач С.С.Брюхоненко является памятником истории и культуры.

Сергей начинал учиться в одной из местных школ, а продолжил обучение в Тамбове, куда переехала вся семья. В 1900-1905 гг. учился в Саратове, а в 1905-1907 гг. будущий учёный учился уже в московской гимназии. Будучи подростком, он сделал свое первое изобретение: придумал и сконструировал себе велосипед. В 1908 году Сергей Сергеевич поступил на медицинский факультет Московского университета, который окончил в 1914 г. Уже в студенческие годы занимался научными исследованиями. По окончании медицинского факультета Московского университета в 1914 г. Брюхоненко был призван в армию. Во время Первой мировой войны, будучи свидетелем многочисленных случаев травматического шока и боевых ранений лёгких, сердца и крупных сосудов, Брюхоненко стал размышлять о возможности временного экстракорпорального кровообращения для поддержания жизни, пока выполняется операция на поврежденном органе. Свои наблюдения Сергей Сергеевич продолжил в отделении клинической патологии и терапии военного госпиталя, где с 1919 по 1926 год Брюхоненко работал ассистентом профессора.

В 1928 г. на третьем съезде физиологов СССР Сергей Сергеевич продемонстрировал эксперименты международным экспертам. Отделенная голова животного реагировала на внешнюю обстановку, открывала рот. Эксперимент Брюхоненко произвел фурор и беспокойство. Вопрос о практическом применении в клинической медицине изобретения Брюхоненко оставался открытым. Требовалась разработка особой методики. В 1931 году Сергей Брюхоненко успешно провел опыт с понижением температуры тела. Охладив собаку до температуры 3 градусов и используя свое изобретение (аутожектор), ученый восстановил функцию сердца и жизнеспособность после согревания собаки. В 1934 году ученому был выдан патент в СССР, а через 5 лет аутожектор был запатентован в странах Европы. В 1936 году Брюхоненко окончательно усовершенствовал аутожектор, разработав пузырьковый оксигенатор (искусственные легкие). И в 1937 году в ходе нового эксперимента, Брюхоненко добился полного выздоровления собаки после охлаждения и полной остановки кровообращения. Брюхоненко и Теребинский и были готовы применить аутожектор, оперируя людей, но Вторая мировая война нарушила планы ученых. Во время Великой Отечественной войны Сергей Сергеевич занялся более полезной для того времени разработкой условий консервирования крови, позволяющих сохранять ее в течение нескольких недель. После войны до 1951 года Сергей Сергеевич работал в Институте им. Н. В. Склифосовского и возобновил свои эксперименты, изучая возможности оживления скоропостижно скончавшихся людей с помощью метода искусственного кровообращения. С 1951 г. С.С. Брюхоненко участвовал в организации нового Научно-исследовательского института экспериментальной хирургической аппаратуры и инструментов, где сначала был заместителем директора по медицинской части, а потом возглавлял физиологическую лабораторию.