У 1979 р. С. О. Макаренко розпочав службу в органах державної безпеки. Працював у м. Дніпродзержинську. У 1983 р. переведений до відділу контррозвідки управління Дніпропетровської області. Це була цікава, відповідальна й творча робота. Потрібно було забезпечити контррозвідувальний захист найбільших підприємств ракетобудування, систем протиповітряної оборони та багатьох інших об’єктів воєнно-промислового комплексу країни.
Це відбувалося на тлі протистояння двох супердержав та їхніх спецслужб.
Після розпаду в 1991 р. СРСР на ставлення співробітників органів державної безпеки до процесів демократизації та проголошення Україною незалежності значний вплив справив генерал-лейтенант В. М. Слободенюк, депутат Верховної Ради України І скликання, один із авторів Закону України «Про Службу безпеки України», начальник Управління СБ України в Дніпропетровській області. Ця людина завжди вирізнялася державницькою позицією і підготувала цілу плеяду керівників обласних управлінь та центрального апарату. Працівники Управління СБ України в Дніпропетровській області одними з перших склали присягу на вірність незалежній Україні.
У 1998 р. з посади заступника начальника Управління СБ України в Дніпропетровській області Сергій Олександрович перейшов до центрального апарату СБ України — першим заступником керівника Департаменту контррозвідки. У часи становлення молодої спецслужби багато було зроблено для налагодження взаємин зі спецслужбами країн Європи та світу у сфері боротьби з поширенням ядерного, хімічного озброєння, ракетних технологій, нелегальною міграцією і міжнародним тероризмом. Адже не секрет, що після розпаду СРСР в Україні жили тисячі вчених і фахівців воєнно-промислової галузі, існувало обладнання й технології для виробництва зброї масового ураження. Було покладено край намаганням представників деяких країн й організацій отримати ці технології, вивезти українських учених начебто для стажування. Також розроблено законодавчу й нормативну базу та вдосконалено систему експортного контролю з боку державних інституцій задля непоширення зброї масового ураження й товарів подвійного призначення.
У 1999 р. відбулося засідання спецкомітету НАТО в м. Брюсселі (Бельгія). Уперше в межах програми «19 + 1»
У 1999 р. Сергієві Олександровичу присвоєно військове звання генерал-майора.
Після роботи в центральному апараті у 2000 р. призначений начальником Управління СБ України в Одеській області. Основні зусилля зосередив на боротьбі з контрабандою і організованою злочинністю. У 2001 р. конфіскували одну з найбільших контрабандних партій цигарок. Ужито заходи задля припинення «перерваного транзиту», коли товари, які переправляли з морських портів України в Придністров’я під митним контролем, «осідали» на території України, однак до бюджету держави кошти не надходили. Також варто згадати оперативне затримання великої партії антикваріату, підготовленої до вивезення одним з іноземних дипломатів: старовинних ікон, полотен відомих одеських художників, антикварних меблів, музичних інструментів тощо. За оцінкою Міністерства культури України більшість із цих предметів мали історичну цінність, вони залишилися в музеях, церквах, а раритетне піаніно передали музичному училищу м. Одеси.
У 2001 р. С. О. Макаренко очолив Департамент контррозвідки СБ України та був членом колегії СБ України. Основні зусилля було спрямовано на створення загальнодержавної системи контррозвідувальних заходів, які забезпечили ефективну роботу української спецслужби, запобігали й протистояли спробам одержати закриту інформацію, зовнішньому впливові на політику держави, проникненню іноземної агентури, посяганням на територіальну цілісність країни і її незалежність. Однією зі складових цього процесу була підготовка й ухвалення Верховною Радою України 26 грудня 2002 р. Закону України «Про контррозвідувальну діяльність», що дало змогу підрозділам контррозвідки працювати в правовому полі.
У ті роки підрозділи контррозвідки СБ України задокументували й викрили діяльність кількох співробітників спецслужб іноземних держав, які працювали під прикриттям дипломатичних представництв в Україні. Управління військової контррозвідки, яке належало до Департаменту контррозвідки, виявило агентів іноземних розвідок серед військовослужбовців Міністерства оборони України. Сергій Олександрович працював із такими професіоналами й патріотами, як голова СБ України генерал армії В. І. Радченко, генерал-полковник П. М. Шатковський, генерал-полковник Ю. В. Землянський, генерал-полковник Ю. О. Вандін, генерал-лейтенант О. С. Бірсан, генерал-лейтенант В. В. Пшеничний та генерал-майор Ю. О. Семенов.
У 2002 р. Сергію Олександровичу Макаренку присвоєно звання генерал-лейтенанта. За багаторічну сумлінну службу, високу професійність та відданість справі зміцнення державної безпеки України відзначений низкою урядових і відомчих нагород.
З 2004 р. С. О. Макаренко працює заступником голови правління ПрАТ «Українська автомобільна корпорація». Сьогодні це підприємство є лідером українського ринку сервісних послуг із ремонту автомобілів, представляє дистрибуцію чотирнадцяти світових автомобільних брендів в Україні та ще в п’яти країнах світу, має майже сорок дилерських підприємств, організовує роботу Запорізького автомобільного заводу.