Sergei Lawrenenko gewann bei der Bahn-Radweltmeisterschaft 1995 die Bronzemedaille im Punktefahren. In der Saison 2000 gewann er auf der Straße eine Etappe bei der Ägypten-Rundfahrt und die Gesamtwertung der International Presidency Turkey Tour. 2003 fuhr er für das Giant Asia Racing Team und wurde er kasachischer Vizemeister im Zeitfahren. Bei der Ägypten-Rundfahrt 2005 gewann er eine Etappe und wurde Zweiter der Gesamtwertung. In der Saison 2006 gewann Lawrenenko jeweils eine Etappe bei der Tour du Cameroun und bei der Kerman Tour. Er nahm für Kasachstan an den Olympischen Spielen 1996 und Olympischen Spielen 2000 teil.