Сергей Ролдугин родился в 1951 году на Сахалине. Профессиональное образование получил в Рижской специальной музыкальной школе, Ленинградской государственной консерватории имени Н. А. Римского-Корсакова (1975) и аспирантуре ЛГК (1978). Его наставником был профессор Анатолий Никитин, ассистентом которого в консерватории Ролдугин стал после окончания аспирантуры. В 1980 году завоевал III премию на Международном конкурсе виолончелистов «Пражская весна» (Чехословакия).
Еще будучи студентом, музыкант был принят в Заслуженный коллектив России Академический симфонический оркестр Ленинградской филармонии под руководством Евгения Мравинского и проработал в этом оркестре 10 лет. В 1984–2003 гг. был первым солистом-концертмейстером группы виолончелей оркестра Мариинского театра.
В качестве солиста выступал с оркестрами Московской, Новосибирской, Санкт-Петербургской, Самарской филармоний, Госоркестром России имени Е. Ф. Светланова, оркестром Капеллы Санкт-Петербурга; с известными дирижерами, среди которых Юрий Симонов, Валерий Гергиев, Юрий Темирканов, Александр Лазарев, Арвид и Марис Янсонсы, Саулюс Сондецкис, Равиль Мартынов, Юозас Домаркас, Гинтарас Ринкявичюс, Мартин Браббинс, Ален Парис и др. Участвовал в фестивалях в России, Германии, Швейцарии, Италии, Франции, Финляндии, Великобритании, Норвегии, Шотландии, Чехии, Словакии, Японии.
С 2004 года регулярно выступает за дирижерским пультом. Является приглашенным дирижером Мариинского театра, сотрудничает с оркестрами Санкт-Петербурга, Москвы, Новосибирска, Германии, Финляндии, Японии; выступает с известными солистами, в числе которых Ольга Бородина, Аскар Абдразаков, Максим Федотов, Мирослав Култышев, Никита Борисоглебский, Алена Баева. Обширный сольный и оркестровый репертуар исполнителя включает сочинения разных эпох и стилей: от Баха до Шнитке. Многие из них записаны на радио, телевидении; ряд записей музыканта выпущен фирмой звукозаписи «Мелодия».
В 1970-е годы Сергей Ролдугин преподавал в Средней специальной музыкальной школе при Ленинградской консерватории. В настоящее время – профессор Санкт-Петербургской консерватории (в 2002–2004 гг. – ректор). Ежегодно проводит мастер-классы в России, Германии, Финляндии, Корее, Японии.
С 2006 года – художественный руководитель созданного по его инициативе Санкт-Петербургского Дома музыки, деятельность которого включает подготовку к международным конкурсам и обширную концертную практику молодых российских солистов.
Сергей Ролдугин принимает участие в работе жюри российских и международных конкурсов. Он входил в состав жюри состязания виолончелистов на XV и XVI Международных конкурсах имени П. И. Чайковского, был членом жюри Второго (2014) и председателем жюри Третьего (2018) Всероссийского музыкального конкурса по специальности «виолончель», членом жюри Третьего Всероссийского музыкального конкурса по специальности «оперно-симфоническое дирижирование» (2019), председателем жюри Первого всероссийского конкурса «Созвездие» (2019, образовательный центр «Сириус», Сочи).
Музыкант удостоен звания народного артиста РФ, награжден орденами Почета, Александра Невского, казахским орденом «Достык» («Дружба»).
