Родился 16 октября 1910 года в городе Борисоглебске (Борисоглебский район Воронежской области). Окончил 6 классов, затем техническое железнодорожное училище. Работал фрезеровщиком на Борисоглебском вагоноремонтном заводе. С 16 декабря 1931 года в рядах Красной Армии, призван Борисоглебским ГВК. В 1933 году окончил Ленинградскую военно-теоретическую школу лётчиков, в 1935 году - Оренбургскую военную авиационную школу лётчиков.

С августа 1941 года лейтенант С. И. Лукьянов на фронтах Великой Отечественной войны. Боевую деятельность начал в должности командира эскадрильи 40-го ИАП (21-я САД, Южный фронт), летал на И-16. 7 сентября 1942 года получил тяжёлое осколочное ранение в руку. С апреля 1943 года - командир эскадрильи 16-го Гвардейского ИАП, летал на "Аэрокобре".

К октябрю 1943 года командир эскадрильи 16-го Гвардейского истребительного авиационного полка (9-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 8-я Воздушная армия, Южный фронт) Гвардии майор С. И. Лукьянов выполнил 356 боевых вылетов, в воздушных боях сбил лично 14 и в составе группы не менее 6 самолётов противника (в наградном листе говорится о 14 личных и 15 групповых победах). Указом Президиума Верховного Совета СССР от 13 апреля 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 1321).

С 2 октября 1943 года командовал 100-м Гвардейским ИАП (той же 9-й Гвардейской ИАД), продолжая летать на "Аэрокобре".

К 9 мая 1945 года Гвардии подполковник С. И. Лукьянов выполнил 361 боевой вылет, провёл 70 воздушных боёв, в которых сбил лично 16 и в составе группы не менее 6 самолётов противника (вероятно, в 1941-1942 гг. одержал и больше групповых побед). Воевал на Южном, 4-м Украинском, 2-м Украинском и 1-м Украинском фронтах. Дважды был сбит.

После окончания войны продолжал командовать полком. С 7 сентября 1946 года - в запасе. Вернулся на завод, откуда когда-то ушёл в авиацию по путёвке комсомола. С конца 1951 года работал в Воронежском областном аэроклубе. Умер 23 апреля 2001 года. В Борисоглебске на территории парка "Мемориальный комплекс Памяти и Славы" и на здании бывшего технического железнодорожного училища (ныне индустриальный техникум) установлены мемориальные доски.

Награждён орденами: Ленина (13.04.1944), Красного Знамени (23.12.1941, 27.07.1942, 17.01.1944), Александра Невского (12.05.1945), Отечественной войны 1-й степени (11.03.1985), Отечественной войны 2-й степени (14.07.1943); медалями.