Nato da famiglia di attori: Cesare Fantoni e Afra Arrigoni.

Tenuto lontano dal mondo dello spettacolo, frequenta regolarmente la facoltà di ingegneria prima, poi, iniziati i primi contatti segreti con in teatro sperimentale, la facoltà di architettura.

Arriva subito a contatto con i grandi registi degli anni ’50: Luchino Visconti (Uno sguardo dal ponte di A. Miller; L’impresario delle Smirne di C. Goldoni), Giorgio Strehler
(La trilogia della villeggiatura di C. Goldoni; I Giacobini di F. Zardi), Orazio Costa (Processo a Gesù di D. Fabbri).

Inizia contemporaneamente la frequentazione estiva dei grandi teatri classici all’aperto (Siracusa, Pompei, Ostia Antica) con opere di Eschilo, Sofocle, Euripide (Antigone, Medea, Elettra, Al cesti, Eracle, I sette a Tebe).

Contemporaneamente inizia l’attività cinematografica con film di cappa e spada, storici e mitologici (Ercole e la regina di Lidia, La battaglia di Maratona, Ester e il re).

Nel ’61 arriva il debutto in televisione con Ottocento di S. Gotta, regia di A. G. Maiano, con Lea Padovani e Virna Lisi.

Poi una serie di film con R. Rossellini (Era notte a Roma), F. Maselli (I delfini), D. Damiani (Il sicario) ecc.

Sergio Fantoni nel ’63 parte per l’avventura americana, per Hollywood. Durerà circa tre anni, lavorando con Paul Newman (Intrigo a Stoccolma), con Frank Sinatra (Il treno del colonnello Von Ryan), con Doris Day (Non disturbare), con Blake Edwards (Che cosa hai fatto in guerra, papà).

Tornato in Italia, prima con Luca Ronconi e Valentina Fortunato, poi con Giancarlo Sbragia, Ivo Garrani, Luigi Vannucchi, Mattia Sbragia, forma la prima cooperativa teatrale italiana, che proseguirà l’attività fino al ’78.

Tra le opere più significative: I lunatici di T. Midleton, Il candelaio di G.Bruno, Le mutande di K. Sterneim, Misura per misura di W. Shakespeare, La monaca di Monza di G. Testori, Otello di W. Shakespeare, Strano interludio di E. O. Neil, Zio Vania di A. Cecov, La tempesta di W. Shakespeare, L’uomo difficile di U. Von Hoffmanstahl.

Per la televisione, dal ’61, ha interpretato sceneggiati e commedie: La vita di Verdi per la regìa di M. Ferrero, Lungo il fiume sull’acqua, La traccia verde, Con rabbia e con dolore, Anna Karenina, Diario di un giudice, Delitto di Stato, Coktail Party, ecc.

In seguito, ridotta la sua attività di doppiatore, ha dato la voce a Gandhi nel film omonimo, a Richard Burton in Wagner, a Marlon Brando in Apocalisse now, ad Albert Finney in Servo di scena.

Altre interpretazioni teatrali: Tre sorelle con la regìa di G. De Lullo, Tradimenti di Harold Pinter con la regìa di Patroni Griffi, Minna von Barnhelm con la regìa di Giorgio Strehler, Uscita d’emergenza di Manlio Santarelli.

Nel 1983 con Mauro Carbonoli fonda La Contemporanea 83, coprendo il ruolo di direttore artistico e dedicandosi alla produzione di commedie contemporanee: La cosa vera di Tom Stoppard, Le sofferenze d’amore di Manlio Santanelli, Musica di Margherite Duras, I cinque sensi di Luigi Squarzina, Orphans di Lyle Kessler, Purché tutto resti in famiglia di Alan Ayckbourn, Vita natural durante di Manlio Santarelli, Visita di un padre a suo figlio di Jean Louis Bourbon, I giganti della montagna di Luigi Pirandello (Coproduzione con Teatro Stabile di Parma ), I soldi degli altri di Jerry Sterner, Festa d’estate di Terrence Mc Nally, Come le foglie di Giuseppe Giocosa, Il lungo pranzo di Natale di Thornton Wilder (Coproduzione con Teatro Stabile di Parma), La scuola delle mogli di Moliere (Coproduzione con Teatro Stabile di Torino), Dal matrimonio al divorzio di Georges Feydeau, Il caso Moro di Roberto Buffagni (coproduzione Teatro Stabile di Parma), L'ultimo nastro di Krapp di Samuel Beckett, alternandosi ora come attore, ora come regista alle varie produzioni.

Continua inoltre la sua attività di attore in cinema e televisione, partecipando a numerosi sceneggiati e opere cinematografiche.

Nella stagione 2000/2001 ha curato la regia dello spettacolo Il Libertino di Eric-Emmanuel Schmitt, con Ottavia Piccolo e Gioele Dix., iniziando un’intensa attività registica che lo ha portato ad allestire :
Le furberie di Scapino di Moliere con Paolo Bonacelli.(2001-2002);
Bellissima Maria di Roberto Cavosi con Ottavia Piccolo e Ivano Marescotti; Zio Vania di Cechov con Andrea Giordana (2002 –2003);
Edipo.com con Gioele Dix di cui è anche coautore (2003 – 2004);
Piccoli Crimini Coniugali di Eric Emmanuel Schmitt con Andrea Jonasson e Gianpiero Bianchi (2004 –2005 e la nuova edizione con Massimo Venturiello nel 2005 –2006);
Giù dal Monte Morgan di Arthur Miller con Adrea Giordana e Benedetta Buccellato  (2005 – 2006).
Per la stagione 2006 – 2007 ha allestito  Processo a Dio di Stefano Massini con Ottavia Piccolo, Vittorio Viviani, Silvano Piccardi e  Tutta colpa di Garibaldi, di cui è anche autore, con Gioele Dix.
Per la stagione 2008 – 2009  ha allestito La commedia di Candido di Stefano Massini, con Ottavia Piccolo e Vittorio Viviani e ne curerà il riallestimento nella stagione 2009-2010.

Nel 2009/2010 ripresa degli spettacoli la Commedia di Candido e La Strada (Premio Eti - Gli Olimpici del Teatro 2009, Miglior Spettacolo Musicale, Migliore Autore di Musiche, Miglior Costumista). Nuovo allestimento spettacolo Niente progetti per il futuro di Francesco Brandi (Premio Flaiano 2009).