1955–1966 choro dirigavimo mokėsi M. K. Čiurlionio vidurinėje meno mokykloje (dėst. A. Jozėnas). 1966–1971 choro dirigavimą studijavo Lietuvos valstybinėje konservatorijoje (vyr. dėst. N. Kazakauskienės ir dėst. L. Abariaus klasės). Kartu fakultatyviai lankė doc. Z. Paulausko solinio dainavimo klasę. Studijuodamas vadovavo Vilniaus miesto mėgėjų chorams, dėstė Vilniaus valstybiniame pedagoginiame institute.
1970–1972 Kauno valstybinio muzikinio teatro vyr. chormeisteris. 1973–1975 Šiaulių miesto kultūros namų dainų ir šokių liaudies ansamblio „Jovaras“ choro vadovas. Su ansambliu dalyvavo 1975 respublikinėje dainų šventėje, koncertavo Maskvoje ir Čekoslovakijoje. 1974–1980 Šiaulių pedagoginio instituto dėstytojas ir vyr. dėstytojas, studentų mišriojo choro vadovas. 1978–1980 Vilniaus vyrų choro „Varpas“ chormeisteris – 1979 su juo koncertavo Kuboje. 1980–1986 Šiaulių aukštesniosios muzikos mokyklos choro dirigavimo ir solinio dainavimo dėstytojas, solinio dainavimo metodinės komisijos pirmininkas. 1984–1990 Šiaulių televizorių gamyklos vyrų choro „Tauras" meno vadovas ir dirigentas. Choras 1988 koncertavo Jugoslavijoje, dalyvavo 1985 respublikinėje dainų šventėje ir 1990 Lietuvos tautinėje dainų šventėje.
Nuo 1990 rudens Šiaulių pedagoginio instituto (universiteto) Muzikos katedros vyr. asistentas, nuo 1992 docentas, 1992–1994 Muzikos katedros vedėjas.
S. Vaičiulionis 1974 Šiauliuose suorganizavo senosios muzikos vokalinį ansamblį „Polifonija“. Iš pradžių kolektyvą globojo Pedagoginis institutas, o vėliau Aukštesnioji muzikos mokykla. Per dešimt metų ansamblis išmoko apie 200 XVI–XVII a. kompozitorių kūrinių, padarė įrašų Lietuvos radijui ir televizijai, išleido ilgai grojančią plokštelę. 1986 „Polifonijai“ suteiktas profesionalų statusas ir ansamblis tapo Lietuvos valstybinės filharmonijos Šiaulių valstybiniu kameriniu mišriuoju choru, kurio meno vadovu ir vyr. dirigentu paskirtas S. Vaičiulionis, o dirigente – jo žmona D. Vaičiulionienė. Naujojo kolektyvo branduolį sudarė buvę „Polifonijos“ choristai, turintys muzikinį išsilavinimą. Per 20 metų „Polifonija“ išmoko daugiau kaip 500 senųjų pasaulio kompozitorių, taip pat Vakarų Europos klasikų ir lietuvių kompozitorių stambių kantatinio – oratorinio žanro kūrinių, surengė apie 2000 koncertų. Aplankyta daug Lietuvos miestų ir miestelių, dainuota Latvijoje, Estijoje, Baltarusijoje, Ukrainoje, Rusijoje, Vokietijoje, Švedijoje, Lenkijoje, Bulgarijoje, Brazilijoje, Argentinoje ir Italijoje. Minėtų šalių chorų festivaliuose bei konkursuose pelnyta laureatų vardų ir kitokių prizų. Choras koncertavo su simfoniniais ir kameriniais orkestrais bei solistais, padarė fondinių įrašų Lietuvos radijui ir televizijai, taip pat Latvijos, Italijos ir Brazilijos radijui bei televizijai. „Polifonija“ įdainavo tris plokšteles, 1995 išleido kompaktinį diską, kasmet paruošia po 4-5 naujas programas ir surengia iki 60 koncertų. Klausytojų dėmesį patraukė choro cikliniai koncertai: „XVI-XVII a. Lietuvos muzika“, „XVI-XVII a. Italijos muzika“, „XVI-XVII a. religinė muzika“, „Senoji ir šiuolaikinė Lietuvos muzika“, „Lietuvos bažnytinė muzika“, „Sužadinkime Lietuvą“ ir kt. „Polifonija" pirmoji išpopuliarino kunigo G. Šukio mišias ir giesmes, iš užmaršties prikėlė daugelio senųjų Lietuvos kompozitorių muziką.
Nuo 1978 „Polifonija“ Šiauliuose pradėjo rengti senosios muzikos festivalius, kurie nuo 1989 tapo tarptautiniais bažnytinės muzikos festivaliais. „Polifonijos" balsai skambėjo 1994 I ir 1998 II Pasaulio lietuvių dainų šventėse Kaune ir Vilniuje, 1995 Baltijos ir Šiaurės šalių chorų festivalyje Rygoje (Latvija).
S. Vaičiulionis – Šiaulių miesto dainų švenčių dirigentas, miesto kultūros skyriaus meno tarybos narys, tarptautinio bažnytinės muzikos festivalio komiteto prezidentas ir festivalių meno vadovas, Lietuvos kultūros fondo Šiaulių krašto tarybos narys, respublikinių dainų švenčių konsultantas, 1994 I Pasaulio lietuvių dainų šventės Kaune, 1995 Baltijos ir Šiaurės šalių chorų festivalio Rygoje ir 1998 II Pasaulio lietuvių dainų šventės Vilniuje dirigentas. Spaudoje jis paskelbė straipsnių, dalyvauja mokslinėse konferencijose. 1980 dirigentas apdovanotas Kultūros žymūno ženklu, o 1995 jam suteiktas nusipelniusio artisto garbės vardas.
