После окончания школы пытался поступить во ВГИК, но не был принят. Отслужил в советской армии. 21 апреля 1972 погиб, попав под трамвай.
Сережа Тихонов сыграл в кинематографе всего три роли, но его игра надолго запомнилась зрителям. Первую 13-летний мальчишка сыграл в фильме "Деловые люди" Леонида Гайдая ("Мосфильм", 1963 год), вторую - в "Сказке о Мальчише-Кибальчише" (Киностудия им. Довженко, 1964 год), третью - в фильме "Дубравка" (Одесская киностудия, 1967 год).
Что касается роли Джонни - Вождя Краснокожих, то сначала ее планировали предложить Румянцевой, но, когда Гайдай увидел Сережу, он сразу решил, что Вождя Краснокожих будет играть именно он.
Фильм "Сказка о Мальчише-Кибальчише" сняли на киевской киностудии имени Довженко в 64-м году. Главных героев нашли сразу. На роль Кибальчиша пригласили Сережу Остапенко, который в фильме "Военная тайна" сыграл пионера Альку. "Того, кто будет играть Плохиша, мы знали заранее, - говорит кинорежиссер Евгений Шерстобитов. - С Сережей Тихоновым мы познакомились, когда он играл у Гайдая Вождя Краснокожих Джонни Дорсета. Актер он был великолепный, от Бога. И заводила настоящий".
Именно благодаря обаятельному Плохишу в картине согласился сыграть звезда экрана - Сергей Мартинсон.
- Актер сомневался, стоит ли ему играть в нашей "сказке", - рассказывает Шерстобитов. - А когда познакомился с Сережей Тихоновым и разыграл с ним этюд: "а пряник медовый дашь, а два дашь, а теперь халву гони, а то ничего не скажу..." - сразу согласился.
Плохишу по фильму были положены "целая бочка варенья да целая корзина печенья". Сережа Тихонов был страшный сладкоежка, и пока снимали дубль за дублем, он умудрялся умять добрую половину сладостей. Режиссер с оператором кричали Плохишу: "Ты особо не рвись, нам еще снимать полдня..." Когда при пятом дубле Сереже надо было есть печенье, он на него уже смотреть не мог, а все просил: "Водички налейте..."
Сережа Тихонов после "Мальчиша" снялся в 67-м году в фильме "Дубравка" на Одесской киностудии, попытался поступить во ВГИК, но не смог, отслужил в армии, а вскоре - в 71-м - погиб. "Мне рассказывали, что он связался с какой-то шпаной и то ли сам попал под трамвай, то ли его толкнули... - говорит Евгений Шерстобитов. - За всем этим стояла какая-то темная история. Меня предупредили тогда, чтобы я особо не расспрашивал ни у кого о Сереже".