После окончания в 1935 году Харьковского инженерно-строительного института (теперь Харьковский национальный университет строительства и архитектуры) работал инженером в институте «Гипрококс» (Харьков). С 1940 г. — инженер-бригадир, затем начальник сектора водоснабжения в институте «Гипросталь» (Харьков). С 1945 г. работал над проблемами охлаждения металлургических агрегатов. С 1947 г. — руководитель научно-исследовательской группы, с 1949 г. — начальник сектора испарительного охлаждения в институте «Гипросталь». С 1958 г. — заместитель директора института «Гипросталь» по научной части. В 1967—1975 гг. — директор Всесоюзного научно-исследовательского института по очистке технологических газов, сточных вод и использованию вторичных энергетических ресурсов предприятий черной металлургии. С 1975 г. — профессор в Харьковском институте инженеров коммунального строительства.

С. М. Андоньев — специалист в области теплотехники черной металлургии, изобретатель, имеющий 100 авторских свидетельств и патентов. Автор разработки системы испарительного охлаждения металлургических печей. В 1946 году изобрел систему охлаждения металлургических печей паром, которую используют сегодня во всем мире[1]. На своё изобретение — «Способ охлаждения металлургических печей» С. М. Андоньев получил авторское свидетельство, а немного позже запатентовал его. Поскольку система была очень выгодной, иностранные заводы стали покупать у Советского Союза лицензию на её использование. Сначала обратилась Япония, потом США, Швейцария, Швеция, Англия, Франция, государства Европы и Америки, Австралия. Основные работы учëного в области исследования вопросов промышленного водоснабжения и очистки воздушного и водного бассейнов. Руководитель работ по разработке и освоению новой системы мартеновских печей.