Окончил Калининградский музыкальный колледж имени С.В. Рахманинова (2001, класс В. Жукова) и Московскую консерваторию имени П.И. Чайковского (2006, класс профессора Б. Кудрявцева).

С 2003 по 2015 год Сергей Артамонов работал солистом театра Новая Опера. В 2018 году вновь вошел в состав труппы.

Международная карьера певца началась в 2011 году с исполнения партии короля Египта в опере «Аида» Дж. Верди в Муниципальном театре Сантьяго (Чили). Кроме того, на сцене этого театра выступил в роли Лепорелло («Дон Жуан» В.А. Моцарта),Джорджа («Пуритане» В. Беллини) и Альвизе («Джоконда» А. Понкьелли).

В 2013 году Сергей Артамонов дебютировал в Италии в венецианском театре Ла Фениче (Коллен, «Богема» Дж. Пуччини). В дальнейшем выступал в различных театрах мира: Ла Скала в Милане (Раймондо, «Лючия ди Ламмермур» Г. Доницетти), Театро Комунале в Болонье (Захария, «Набукко» Дж. Верди; Оровезо, «Норма» В. Беллини), Арена ди Верона (Рамфис, «Аида»; Феррандо, «Трубадур», обе оперы — Дж. Верди), Опера Бастилии в Париже (Анджелотти, «Тоска» Дж. Пуччини), Театр дю Капитоль в Тулузе (Спарафучиле, «Риголетто» Дж. Верди), Дворец искусств в Валенсии (Захария, «Набукко»; Оровезо, «Норма»),Театр Вельки в Варшаве (Захария, «Набукко»), Национальный центр исполнительских искусств в Пекине (Захария, «Набукко»; Фиеско,
«Симон Бокканегра» Дж. Верди), Оперный театр Ниццы (Оровезо, «Норма»), Опера Дижона во Франции (Захария, «Набукко») и других.

Певец ведет активную концертную деятельность. Он принимал участие в различных оперных фестивалях, в том числе в фестивале в Сен-Дени, в Крещенском фестивале в Новой Опере и фестивале имени Алехандро Гранде в Лиме (Перу). В 2019 году исполнил партию Нина в опере «Семирамида» Дж. Россини на Россиниевском оперном фестивале в Пезаро (Италия).