Композитор, дирижёр, педагог. 

Ролился 18 марта 1872 г. в Москве в состоятельной дворянской семье. Систематические занятия музыкой начал в частной гимназии, куда поступил в возрасте 14 лет (игра на фортепиано, кларнете, трубе, теория музыки). С 1889 года занимался теорией музыки у А. Т. Гречанинова. В 1895 году окончил юридический факультет Московского университета, в 1901 году — Московскую консерваторию по классу свободного сочинения с малой золотой медалью. Педагоги: М. М. Ипполитов–Иванов (свободное сочинение), С. И. Танеев (контрапункт, фуга, форма), В. И. Сафонов (фортепиано). В эти годы написал множество сочинений в том числе, оперу–кантату «Сказание о великом граде Китеже и светлом озере Светлояре» (1903), Симфоническую поэму, струнный квартет, фортепианные пьесы, романсы и др. Дирижировал студенческим оркестром, был помощником Сафонова в оперном и хоровом классах. В 1903–04 годах — дирижёр Т-ва частной оперы (С. И. Мамонтова) в Москве.

Как композитор развивал традиции Н. А. Римского–Корсакова и был склонен к эпическому тонусу музыки; характерен интерес к русской народной песне, к поэзии Древней Руси. Под руководством С. В. Смоленского изучал крюковое пение, образцы которого использовал в Первой симфонии (1906). В предреволюционные годы увлекся эстетикой символизма (симфоническая поэма «Сад смерти» по О. Уайльду, 1908, и др.). Испытал влияние импрессионизма, стремился к красочности и изысканности оркестрового стиля. Особое место в творчестве Василенко принадлежало образам Востока, сначала в эстетизированной форме («Экзотическая сюита» для голоса и инструментального ансамбля 1916), позднее на основе знакомства с подлинными музыкальными образцами культур разных регионов. Автор 9 опер, 8 балетов, 5 симфоний; хоровых, камерных и других произведений, в которых разработал фольклор советских и зарубежных стран Востока, а также обработок русских народных песен. Писал сочинения для духовых и народных инструментов, романсы (свыше 200), музыку к драматическим спектаклям. Музыку к «первенцам» советской киноиндустрии начал писать в возрасте 60 лет.

В Московской консерватории преподавал композицию и инструментовку в 1906–41 и 1943–56 годах. В 1932–41 и 1943–56 — заведующий кафедрой инструментовки. Имел большой класс: А. В. Александров, А. Н. Александров, А. Дьячков, Н. С. Голованов, Н. Н. Зряковский, П. Ипполитов, В. Нечаев, Л. Половинкин, Д. Рогаль–Левицкий, Н. Рославец, Ю. Фортунатов, П. Чесноков и др. В педагогике воспринял и продолжил установку Римского–Корсакова на «практически–инструментальную сторону» оркестрового письма. Такова, в частности, идея «оркестрового воздуха»: хорошая звучность образуется лишь при достаточной «рельефности» ведущего голоса, который не смешивается с сопровождающими. Обладал особой чуткостью к тембровому оттенку фразы, аккордового сопоставления и др., большой вклад внёс в учение о «микстах» (сложных соединениях тембров). Автор либретто оперы «Семь принцесс» Нечаева (по пьесе М. Метерлинка).

Круг общения Василенко был обширен: ему довелось лично знать П. И. Чайковского, Ф. И. Шаляпина, Л. В. Собинова, Н. А. Римского–Корсакова, А. К. Лядова, А. К. Глазунова. Сталинская премия (1947).

Музыкальные сочинения: см. МЭ 1; Иванов Г. К. С. Н. Василенко. Нотографическкий справочник. М., 1973.

Литературные сочинения: Страницы воспоминаний. М.–Л., 1948; Инструментовка для симфонического оркестра. Т. 1–2. М., 1952,1959; Воспоминания. М., 1979.

Умер 11 марта 1956 года в Москве.