Formé à l’École du TNS entre 2004 et 2007, Sébastien Pouderoux y rencontre plusieurs metteurs en scène dont Christophe Rauck, Jean-François Peyret et Yann-Joël Collin. Entre 2007 et 2012, il travaille notamment sous la direction de Stéphane Braunschweig, Alain Françon, Roger Vontobel, Daniel Jeanneteau, Marie-Christine Soma, Laurent Laffargue, Michel Deutsch et Christophe Honoré. En 2011 et 2013, il coécrit « André » et « Vers Wanda » avec Marie Rémond et Clément Bresson.

Depuis 2012, il est pensionnaire de la Comédie-Française où il joue dans des mises en scène de Clément Hervieu-Léger (« Le Misanthrope » de Molière), Lilo Baur (« La Maison de Bernarda Alba » de Federico García Lorca), Jean-Yves Ruf (« Troilus » et « Cressida » de Shakespeare), Muriel Mayette-Holtz (« Le Songe d’une nuit d’été » de Shakespeare et « Andromaque » de Racine), Volodia Serre (« Oblomov » d’Ivan Alexandrovitch Gontcharov), Jacques Vincey (« Amphitryon » de Molière), Denis Podalydès (« Lucrèce Borgia » de Victor Hugo et « Cyrano de Bergerac » d’Edmond Rostand), Denis Marleau (« Innocence » de Dea Loher) et Dan Jemmett (« La Tragédie d’Hamlet » de Shakespeare).

En 2015-2016 il interprète le rôle de Bob Dylan dans « Comme une pierre qui… » d’après Greil Marcus, dont il signe également la mise en scène avec Marie Rémond. On a pu le voir dernièrement dans « La Mouette de Tchekhov » mise en scène par Thomas Ostermeier.

Au cinéma, il tourne notamment dans les films de Jérôme Bonnell, Christophe Honoré, Bertrand Tavernier, Éric Toledano et Olivier Nakache, Guillaume Gallienne, David Roux et Kheiron. Lors de la saison 2017-2018, on le retrouve dans « Haute Surveillance » de Jean Genet, mis en scène par Cédric Gourmelon, dans la reprise « des Damnés » de Luchino Visconti, Nicola Badalucco et Enrico Medioli, dans « Après la pluie » de Sergi Belbel, mis en scène par Lilo Baur (Théâtre du Vieux-Colombier), dans « l'Éveil du Printemps » de Frank Wedekind, mis en scène par Clément Hervieu-Léger et dans « Les Créanciers » d’August Strindberg, mis en scène par Anne Kessler (Studio-Théâtre).