С именем Доренко было связано несколько громких скандалов. В 2007 году Сергей Доренко передал агентству Associated Press и влиятельному изданию Wall Street Journal видеозапись, сделанную в 1998-м году в Подмосковье, на которой офицеры ФСБ Александр Литвиненко, Александр Гусак и Андрей Понькин рассказывают о подготовке покушений на бизнесменов Бориса Березовского и Умара Джабраилова. В интервью Wall Street Journal Доренко говорил о том, что президент России Владимир Путин, в известной степени, причастен к ликвидации Александра Литвиненко, хотя, по всей видимости, и не отдавал прямого приказа: убить предателя.
9 февраля 2015 года МВД Украины возбудило уголовное расследование в отношении российского журналиста, подозревая его в нарушении статьи УК, запрещающей призывы к нарушению территориальной целостности страны. В ответ на эти обвинения Доренко посоветовал украинским правоохранителям навести порядок в своей стране вместо того, чтобы возбуждать дела против российских журналистов. Доренко был включен в "черный список" российских журналистов, которым был запрещен въезд в Украину.
Доренко работал ведущим на Первом канале, потом на радио "Эхо Москвы" и других СМИ. Последние пять лет своей жизни возглавлял радиостанцию "Говорит Москва".