Sergei Loznitsa wurde 1964 in Kiew geboren. 1987 machte er seinen Abschluss in angewandter Mathematik am Kiewer Polytechnikum. Von 1987 bis 1991 arbeitete er als Wissenschaftler am Kiewer Institut für Kybernetik, wo er sich auf die Erforschung künstlicher Intelligenz spezialisierte. 1997 schloss er sein Studium am Russischen Staatlichen Institut für Kinematographie (VGIK) in Moskau ab, wo er Filmregie studierte. Seit 1996 dreht Loznitsa Filme und hat inzwischen bei 25 preisgekrönten Dokumentarfilmen und 4 Spielfilmen Regie geführt.
Sein Spielfilmdebüt „MY JOY“ (2010) feierte seine Premiere im Hauptwettbewerb der Filmfestspiele in Cannes. Danach folgte sein Spielfilm „IN THE FOG“ (2012), der bei den 65. Filmfestspielen in Cannes mit dem FIPRESCI-Preis ausgezeichnet wurde. Im Jahr 2017 präsentierte Sergei Loznitsa seinen dritten Spielfilm „A GENTLE CREATURE“ ebenfalls im Wettbewerb von Cannes. 2018 erhielt er dort den Preis für die beste Regie in der Sektion „Un Certain Regard“ für seinen vierten Spielfilm „DONBASS“.
Im Jahr 2013 gründete Sergei Loznitsa die Filmproduktionsfirma ATOMS & VOID.
Sergei Loznitsas abendfüllender Dokumentarfilm „MAIDAN“ (2014), die Chronik der ukrainischen Revolution, feierte seine Weltpremiere in einem Séance Special der Filmfestspiele in Cannes. Seine nachfolgenden abendfüllenden Dokumentarfilme „THE EVENT“ (2015), „AUSTERLITZ“ (2016), „THE TRIAL“ (2018) und „STATE FUNERAL“ (2019) wurden bei den Special Screenings der Filmfestspiele von Venedig präsentiert. 2021 erhielt er den Spezialpreis der Jury in Cannes, den L’Oeil D’Or Award, für seinen Film „BABI YAR. CONTEXT“.