Родился в семье крестьянина.
Окончил 7 классов.
Работал трактористом в колхозе.
В Красной Армии с октября 1940 г.
На фронте в Великую Отечественную войну с января 1942 г.
Наводчик ПТР 761-го стрелкового полка (317-я стрелковой дивизии, 18-я армия, 1-й Украинский фронт). Сержант Петрусенко в бою 3 мая 1944 г. в районе с. Раковчик (Коломыйский район Ивано-Франковской области, Украина) выдвинулся впереди боевых порядков стрелковых подразделений, точным огнем из ПТР подавил пулемет, поразил несколько пехотинцев противника.
9 июня 1944 г. награжден орденом Славы 3-й ст.
Командир отделения Петрусенко с отделением 28 июля 1944 г. в бою за высоту в районе с. Лючки (Косовский район Ивано-Франковской области) прорвался на шоссейную дорогу, истребил несколько гитлеровцев, 5 взял в плен, захватил пулемет.
27 августа 1944 г. награжден орденом Славы 2-й ст.
Командир отделения роты автоматчиков старший сержант Петрусенко в составе того же полка, дивизии (18-й гвардейский стрелковый корпус, 2-й Украинский фронт) отличился в боях 29 декабря 1944-18 января 1945 гг. на подступах к г. Будапешту (Венгрия). С отделением одним из первых поднялся на штурм вражеских укреплений, ворвался в расположение врага, подавил огневую точку, сразил более 10 пехотинцев, захватил 3 пулемета, 15 автоматов. 18 января 1945 г. в числе первых достиг р. Дунай, в бою в восточной части Будапешта взял в плен 2 гитлеровцев.
15 мая 1946 г. награжден орденом Славы 1-й ст.
В октябре 1945 г. старшина Петрусенко был демобилизован.
Жил в поселке Новобирюсинский Тайшетского района.
С военной карьерой Семену Иосифовичу расставаться не пришлось. Всю жизнь он проработал в органах внутренних дел, служил контролёром в лагерях для осужденных.
Последний полный кавалер ордена Славы в Иркутской области умер в декабре 2011.
Награжден орденом Отечественной войны 1-й ст., медалями, в т. ч. «За отвагу».