Родился 1 октября 1918 года в городе Верном Семиреченской области Туркестанской АССР (ныне город Алматы, Казахстан). В 1936 году окончил 8 классов школы в родном городе. Работал садовником. С августа 1936 года в рядах Красной Армии. По комсомольской путёвке был направлен в Оренбургскую военную авиационную школу лётчиков, которую окончил в декабре 1938 года. Служил лётчиком 49-го ИАП (в Ленинградском военном округе; город Псков). Летал на И-15бис и И-153.

Участник Советско-Финляндской войны с 30 ноября 1939 года по 13 марта 1940 года в составе 49-го ИАП (ВВС 8-й Армии и ВВС 15-й Армии, Северо-Западный фронт). Совершил 59 боевых вылетов на И-153, воздушных побед не имел. Награждён орденом Красной Звезды.

После окончания боевых действий на Карельском перешейке продолжал службу командиром звена 49-го ИАП (в Прибалтийском военном округе), летал на И-153. С мая 1941 года - заместитель командира эскадрильи 271-го ИАП (в Северо-Кавказском военном округе), летал на И-16.

С октября 1941 года лейтенант С. Д. Луганский в действующей армии: в составе того же 271-го ИАП, летал на ЛаГГ-3. Был командиром звена, заместителем командира эскадрильи. Воевал на Южном фронте. Участвовал в обороне Ростова-на-Дону и Ростовской наступательной операции.

С мая 1942 года воевал в составе 270-го ИАП в должности заместителя командира эскадрильи. Летал на ЛаГГ-3, затем (с 1943 года) на Як-1. Перед летней кампанией 1943 года получил звание капитана и был назначен командиром эскадрильи. Сражался на Южном, Северо-Кавказском, Воронежском, Степном и 2-м Украинском фронтах. Участвовал в Донбасской оборонительной операции, Курской битве, Белгородско-Харьковской и Полтавско-Кременчугской операциях, битве за Днепр, Кировоградской операции и освобождении Румынии.

К 7 августа 1943 года командир эскадрильи 270-го истребительного авиационного полка (203-я истребительная авиационная дивизия, 1-й штурмовой авиационный корпус, 5-я Воздушная армия, Степной фронт) капитан С. Д. Луганский совершил 221 боевой вылет, в воздушных боях сбил лично 17 самолётов противника (из них 5 побед одержал всего за 5 летных дней с 5 по 10 июля). За эти подвиги был представлен к званию Героя Советского Союза, которое присвоено Указом Президиума Верховного Совета СССР от 2 сентября 1943 года с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 1493).

Жители Алма-Аты собрали 180 тысяч рублей для покупки самолёта своему земляку. Луганский долго выбирал себе машину на Саратовском авиазаводе, пока сам директор не указал ему на отдельно стоящий Як-1Б. Этот самолёт в своё время был изготовлен с особым тщанием по распоряжению главного конструктора А. С. Яковлева для проведения сравнительных боёв с истребителями других типов. Естественно, что машина ему понравилась. Её борт был украшен надписью: "<Герою Советского Союза Сергею Луганскому от комсомольцев и молодёжи г. Алма-Аты".

Продолжая боевую работу в составе того же полка, к декабрю 1943 года сбил лично ещё 13 вражеских самолётов. В начале ноября 1943 года командир эскадрильи 270-го истребительного авиационного полка (203-я ИАД, 1-й ШАК, 5-я ВА, 2-й Украинский фронт) капитан С. Д. Луганский был представлен к награждению второй медалью "Золотая Звезда" (награждён Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 июля 1944 года).

В июле 1944 года майор С. Д. Луганский стал командиром своего полка (который 5 февраля 1944 года был преобразован в 152-й Гвардейский ИАП). Сражался на 2-м Украинском и 3-м Украинском фронтах. Участвовал в Львовско-Сандомирской и Сандомирско-Силезской операциях.

В марте 1945 года командующий 1-й Украинским фронтом Маршал Советского Союза И. С. Конев направил С. Д. Луганского на учёбу в Военно-Воздушную академию, вызвав его перед отъездом для личной беседы. К этому времени совершил 390 боевых вылетов, лично сбил 34 и в группе 1 самолёт противника.

В 1949 году окончил Военно-Воздушную академию (В Монино). С мая 1949 года служил заместителем командира по лётной части, а в мае 1952 - марте 1956 гг. - командиром 42-й ИАД (в Северо-Кавказском военном округе). Летал на МиГ-15 и МиГ-17. В середине 1950-х ггг. дивизия была передана в состав Войск ПВО страны. В марте 1956 - марте 1957 гг. - командир 39-й ИАД ПВО (в Минском корпусе ПВО). Летал на МиГ-17 и МиГ-17ПФ. В марте 1957 - июле 1960 гг. - командир 72-го Гвардейского ИАК ПВО (в Бакинском округе ПВО). В июле 1960 - декабре 1964 гг. - заместитель командира 11-го корпуса ПВО (штаб - в городе Барановичи Брестской области, Беларусь). С декабря 1964 года генерал-майор авиации С. Д. Луганский - в запасе. Жил в городе Алма-Ате (ныне Алматы). Умер 16 января 1977 года. Похоронен на Центральном кладбище в Алма-Ате.

Бронзовый бюст С. Д. Луганского установлен в городе Алма-Ате (ныне Алматы), где его именем названа улица.

Награждён орденами: Ленина (02.09.1943), Красного Знамени (23.02.1942, 22.07.1943), Александра Невского (05.09.1944), Красной Звезды (19.05.1940, 19.11.1951); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (06.11.1946).