На парламентських виборах 2012 року Сергія Кузьменка було висунуто як кандидата від Партії регіонів у мажоритарному виборчому окрузі № 103 з центром в місті Олександрія. Він виграв вибори, набравши близько 46 % голосів виборців[3]. У Верховній Раді увійшов до складу фракції Партії регіонів.

16 вересня 2014 року Указом Президента України № 735/2014 призначений головою Кіровоградської обласної державної адміністрації[6]. Це призначення викликало серію мітингів і акцій протесту, серед іншого, Сергія Кузьменка звинувачували у постачанні тітушок для боротьби проти протестувальників у період Євромайдану[7].