Родился 15 июня 1918 года в деревне Мальцево (Щёлковский район Московской области). Окончил среднюю школу и 4 курса авиационного техникума. 21 декабря 1939 года добровольно вступил в рядых Красной Армии, призван Ленинским РВК (города Москвы). В 1941 году окончил военную авиационную школу лётчиков. Служил в 165-м Резервном ИАП, затем проходил переучивание на новую технику в 24-м ЗИАП (ВВС Забайкальского военного округа). В декабре 1942 года был направлен для прохождения службы в 176-й ИАП, который проходил переформирование в 8-м ЗИАП (ВВС Приволжского военного округа).

С 5 января 1943 года сержант С. И. Пономарёв в действующей армии. Воевал в составе 176-го ИАП (283-я ИАД). Прошёл путь от рядового пилота до командира эскадрильи. Сражался на Донском, Центральном, Белорусском и 1-м Белорусском фронтах. Летал на Як-1 и Як-3.

К 9 мая 1945 года командир эскадрильи 176-го истребительного авиационного полка  (283-я истребительная  авиационная  дивизия, 13-й истребительный авиационный корпус, 16-я Воздушная армия, 1-й Белорусский фронт) старший лейтенант С. И. Пономарёв совершил 205 боевых вылетов, в 23 воздушных боях сбил лично 10 самолётов противника.

После окончания войны продолжал служить в ВВС. С 24 апреля 1953 года капитан С. И. Пономарёв - в запасе.

Награждён орденами: Красного Знамени (19.08.1944, 15.04.1945, 17.06.1945), Отечественной войны 1-й степени (19.11.1943); медалями, в том числе "За отвагу" (09.07.1943).