Воспитанник ДЮСШ г. Сортавала. Выступал за местный клуб «Спартак». Первые тренеры - Н. А. Кузнецов, Ю. А. Скрипин (заслуженный тренер РСФСР).
На Олимпийских играх в Сараево выиграл 2 серебра, оба раза уступив только канадцу Гаэтану Буше. В западной прессе Хлебникова за его мощь называли человеком-дубом, танком и типичным «продуктом коммунизма».
Трагически погиб в возрасте 43 лет — утонул на Митинских прудах в Москве.
С 2000 года в Мончегорске ежегодно проводятся соревнования памяти Сергея Хлебникова.
