Плющенко родился в поселке Джамку Хабаровского края. На коньки он встал в четырехлетнем возрасте, а первым тренером будущего чемпиона была Татьяна Скала. Позже его наставником стал Алексей Мишин, под руководством которого фигурист добился главных успехов в карьере.
Первую олимпийскую медаль Плющенко завоевал в 2002 году в Солт-Лейк-Сити, став серебряным призером в одиночном катании. Через четыре года в Турине он выиграл олимпийское золото. На Играх в Ванкувере в 2010 году россиянин вновь поднялся на вторую ступень пьедестала.
В 2014 году Плющенко стал олимпийским чемпионом в командном турнире на Играх в Сочи. Таким образом, в его коллекции оказалось четыре олимпийские медали: две золотые и две серебряные.
На чемпионатах мира фигурист трижды завоевывал золото — в 2001, 2003 и 2004 годах. На его счету также семь побед на чемпионатах Европы и десять титулов чемпиона России.
После завершения соревновательной карьеры Плющенко продолжил работать в фигурном катании. Он занялся тренерской деятельностью и организацией ледовых шоу.