Родился 25 сентября 1877 года в семье чиновника.
Воспитание юноша получил в церковно-приходской школе Спасо-Преображенского мужского монастыря г. Казани, где и окончил полный курс обучения, находясь певчим при архиерейском хоре.
В 1902 г. Сергий Вознесенский, по собственному прошению, был назначен псаломщиком Георгиевского войскового собора г. Оренбурга. К этому времени он был уже женат на девице из семьи священника Надежде Николаевне Архангельской, выпускнице Епархиального женского духовного училища. Всего в семье Вознесенских было 8 детей, трое из которых умерли в отрочестве. Старший сын, Павел, 1901 г.р., окончил Оренбургскую духовную семинарию и всю жизнь проработал учителем-словесником. Средние – Вениамин и Августа окончили духовное училище. Младшая – Нина, родившаяся в декабре 1918 г., за три месяца до гибели отца, через всю свою жизнь пронесла глубокую веру ее родителей. Она вспоминала об отце, как веселом, ласковом человеке. В детстве она вместе с матерью пела на клиросе, потом работала преподавателем русского языка и литературы, уже в зрелом возрасте начала писать духовные стихи.
13 декабря 1903 г., Преосвященным Владимиром, псаломщик Сергий Вознесенский был рукоположен в сан диакона и был направлен в поселок Бердский Оренбургского уезда.
В последующие годы о. Сергий был перемещаем священноначалием по нескольким приходам епархии «для пользы службы»: в 1904 г. – в Оренбургский Георгиевский собор, в 1905 г. – в с. Ивановка Оренбургского уезда, в 1907 г. – в Оренбургский Георгиевский собор, 10 апреля 1915 г. – на хутор Назаровский Оренбургского уезда.
15 августа 1915 г. Преосвященнейшим Мефодием диакон Сергий был рукоположен в сан священника и определен на диаконскую вакансию к церкви Христа-Спасителя с. Спасского Оренбургского уезда.
20 марта 1916 г. священник Сергий был перемещен в с. Поляковка Спасской волости Оренбургского уезда (ныне исчезнувшее село в нескольких километрах от с. Спасского Саракташского района Оренбургской области) «с внесением в обязанность принять на себя заботы о постройке храма в названном селе».
С помощью разных жертвователей, в частности, местного помещика Гетмана, о. Сергий построил храм в честь Архангела Михаила (после 1917 г.) Церковь была полностью деревянной, с такой же колокольней. При храме действовала смешанная церковно-приходская школа. Кроме Поляковки, в состав прихода входили еще два села – Матвеевка и Холмогор, которые о. Сергий окормлял. В Холмогоре тоже действовала смешанная церковно-приходская школа. В 1917 г., ко дню Святой Пасхи, о. Сергий был награжден набедренником. Священноначалие отмечало его отличное поведение. В епархиальных ведомостях о. Сергий упоминается как жертвователь на образование стипендии при духовных учебных заведениях Оренбургской епархии в честь 300-летия царствования Дома Романовых.
В начале февраля 1919 г. белоказаки отступили, и Поляковка перешла во власть большевиков.
27 марта 1919 г. о. Сергий был арестован по обвинению в контрреволюции. Его забрали прямо с амвона храма, в то время, когда он произносил проповедь. Поводом к аресту послужил донос его односельчанина – красноармейца Бабенышева. Последний своей агитацией и угрозами в адрес сельчан и священника, противлением строительству храма, восстановил против себя поляковцев. Возмущенные прихожане стали защищать уважаемого всеми батюшку. Из-за волнения, поднявшегося в обществе, Бабенышев был вынужден бежать из села и искать защиты у ЧК. Самые горячие заступники священника – бывший председатель сельского совета Павел Филиппович Буянов и Алексей Иванович Закомолдин пострадали вместе с о. Сергием.
На допросе о. Сергий был краток и непреклонен – он не признал своей вины в контрреволюции и был готов идти до конца. 11 апреля 1919 г. Оренбургской ГубЧК о. Сергий Вознесенский вместе с П. Буяновым и А. Закомолдиным были приговорены к высшей мере и в ночь на 12 апреля расстреляны.
Вероятнее всего, это произошло в Оренбурге. Когда увезли из села о. Сергия, матушка и дети переехали в с. Япрынцево совр. Переволоцкого района Оренбургской обл., где при местном храме матушка служила псаломщицей, вместе с детьми пела и читала на клиросе. Матушка Надежда о расстреле так и не узнала, и всю жизнь жила ожиданием встречи с супругом.
