С. Е. Арцёменка нарадзіўся ў сяле Рацулава Адэскага павета Херсонскай губерні (зараз Малінаўка, Іваніўскі раён (Адэская вобласць), Украіна). У 1927 годзе скончыў школу. У 1935—1937 гг. праходзіў службу ў Чырвонай Арміі. З 1937 года ўчастковы ўпаўнаважаны ў раённым аддзеле НКУС. Са жніўня 1941 г. на франтах Вялікай Айчыннай вайны. Удзельнік Сталінградскай бітвы, бітвы на Курскай дузе, баёў на тэрыторыі Украіны, Польшчы. Камандзір батальёна маёр Арцёменка вызначыўся ў 1944 годзе пры вызваленні Палесся і ў 1945 годзе ў час прарыву на заходні бераг Віслы і фарсіраванні ракі Одэр. Вайну скончыў у Берліне, дзе быў цяжка паранены.