Сергей Ярмолюк окончил Екатеринбургский театральный институт. Активно сниматься в кино начал с 2004 года. Исполнял роли второго плана в драме «72 метра» (старший мичман Легкоступов), мелодраме «Виртуальный роман» (лейтенант Макеев), криминальном сериале «Экстренный вызов» (Александр Кедров), военно-приключенческом фильме «На всех широтах...» (лейтенант Александр Феодориди), мелодраме «Влюблен и безоружен» (майор МЧС Борис Добровольский).
В 2012 году Сергей Ярмолюк снялся в мелодраме Александра Карпиловского «Мой капитан», исполнив роль общительного и неунывающего матроса-механика Михаила Савина, большого бабника, у которого постоянно возникают на этой почве проблемы с ревнивыми мужьями. Главные роли в картине сыграли Дмитрий Певцов и Мария Горбань. Фильм получился трогательным и душевным, вызвав теплые отклики у зрителей.