В 1992-1993 гг. – ведущий вечерних программ "ИТА Новости" на "1-м канале Останкино".
В 1993 г. как корреспондент и комментатор сотрудничал с испанской службой новостей телеканала CNN ("Си-эн-эн").
В 1993-1994 гг. Сергей Доренко работал директором службы информации "Московской независимой вещательной корпорации" (телеканал "ТВ-6 Москва").
В 1994 г. – ведущий программы "Подробности" (РТР), в 1995 г. – передачи "Версии" (ОРТ, затем – НТВ).
В 1996 г. – автор и ведущий ток-шоу "Характеры" (РЕН ТВ).
В 1996 г. был назначен первым заместителем главного продюсера дирекции информационных программ ОРТ. В 1996-1998 гг. являлся автором и ведущим ежедневной информационно-аналитической программы "Время" (ОРТ).
Летом 1998 г. Сергей Доренко стал главным продюсером дирекции информационных программ ОРТ. В январе – марте 1999 г. вновь являлся ведущим программы "Время". С сентября 1999 г. на ОРТ выходила еженедельная "Авторская программа Сергея Доренко". С ноября 1999 г. по сентябрь 2000 г. Сергей Доренко также являлся заместителем генерального директора ОРТ Константина Эрнста.
Осенью 1999 г. широкую известность получили критические телевыступления Сергея Доренко, касавшиеся мэра Москвы Юрия Лужкова и бывшего премьер-министра Евгения Примакова. Они были лидерами блока "Отечество – Вся Россия" на выборах в Государственную думу в декабре 1999 г. Журналист также неоднократно выезжал в зону боевых действий в Чечне во время второй чеченской войны (1999-2000). В сентябре 2000 г. Сергей Доренко был уволен после выхода в эфир выпуска "Авторской программы" о гибели подлодки "Курск", содержавшей критику действий, предпринятых в ходе спасательной операции.
В ноябре 2001 г. Кунцевский суд Москвы признал Сергея Доренко виновным в хулиганстве (в апреле того же года телеведущий совершил наезд на мотоцикле на офицера Валерия Никитина) и приговорил его к четырем годам лишения свободы условно.
В 2003 г. Сергей Доренко вступил в Коммунистическую партию Российской Федерации (покинул ее в 2012 г.).
В 2004-2008 гг. сотрудничал с радиостанцией "Эхо Москвы". Был постоянным участником программы "Особое мнение" (с 2004 г.) и ведущим программы "Разворот" (с 2005 г.).
В 2008-2013 гг. занимал пост главного редактора радиостанции "Русская служба новостей". Был ведущим утренней информационно-аналитической передачи "Подъем!".