Родился 9 апреля 1914 года в деревня Нижне-Павловка (Кондольский район Пензенской области). Окончил среднюю школу. С 1 декабря 1940 года в рядах Красной Армии, призван Кондольским РВК. Окончил военную авиационную школу пилотов. Служил в строевых частях ВВС и Ульяновской ВАШП.

С 20 августа 1942 года старший лейтенант С. А. Матвиенко в действующей армии. Воевать начал в должности командира звена 297-го ИАП (2 июля 1944 года преобразован в 179-й Гвардейский ИАП). Сражался на Сталинградском, Брянском, Центральном, Воронежском, Степном и 2-м Украинском фронтах. Летал на Ла-5 и Ла-7.

28 августа 1942 года при выполнении боевого задания по разведке живой силы и техники противника был подбит огнём с земли и легко ранен осколком снаряда в голову. Несмотря на ранение, сумел посадить самолёт на нейтральной полосе и поджечь его. После этого, добрался до штаба танковой дивизии и передал все сведения о противнике, полученные в результате полёта. Вскоре был назначен командиром 3-й эскадрильи. С 7 июня 1943 года капитан С. А. Матвиенко командовал полком.

К 9 мая 1945 года командир 179-го Гвардейского истребительного авиационного полка (14-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 3-й Гвардейский истребительный авиационный корпус РСВГК, 5-я Воздушная армия, 2-й Украинский фронт) Гвардии подполковник С. А. Матвиенко совершил 63 боевых вылета, в 20 воздушных боях сбил лично 11 и в составе пары 1 самолёт противника (в последнем наградном листе говорится о 10 личных и 3 групповых победах).

После окончания войны продолжал служить на различных должностях в ВВС, по октябрь 1948 года командовал 179-м Гвардейским ИАП. С 3 ноября 1951 года Гвардии подполковник С. А. Матвиенко - в запасе.

Награждён орденами: Красного Знамени (08.05.1943, 30.09.1943, 21.10.1944), Александра Невского (29.08.1945), Красной Звезды (23.10.1942); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (19.11.1951).