Sergei Loznitsa va néixer el 5 de setembre de 1964. Va créixer a Kíev (Ucraïna) i el 1987 es va graduar a la Politècnica de Kíev amb una llicenciatura en Matemàtiques Aplicades. Entre 1987 i 1991, Sergei va treballar com a científic a l’Institut de Cibernètica de Kíev, especialitzat en investigació d’intel·ligència artificial. Al 1997, es gradua a l’Institut Estatal de Cinematografia de Rússia (VGIK) a Moscou, on va estudiar realització de llargmetratges. Sergei Loznitsa fa pel·lícules des de 1996, i a hores d’ara ha dirigit 23 documentals premiats i 4 pel·lícules de ficció. El primer llargmetratge de Loznitsa My Joy (2010) es va estrenar a la competició principal del Festival de Cannes, seguidament pel llargmetratge In the Fog (2012), que va ser guardonat amb el premi FIPRESCI, al 65è Festival de Cannes. Al 2017, Sergei Loznitsa va presentar el seu tercer llargmetratge A Gentle Creature, també a Cannes. Al 2018, rep el premi a la millor direcció de la secció Un Certain Regard del Festival de Cannes, pel seu quart llargmetratge Donbass.
El 2013 va fundar la productora ATOMS & VOID.
El documental Maidan (2014), sobre cròniques de la revolució ucraïnesa, va tenir la seva estrena mundial en una sessió especial al Festival de Cannes. Els seus llargmetratges posteriors, The Event (2015), Austerlitz (2016), The Trial (2018) i State Funeral (2019) es van presentar a les projeccions especials del Festival de Cinema de Venècia. Sergei Loznitsa continua treballant tant en gèneres documentals com de ficció.