Народный артист СССР (1988), лауреат Государственной премии РСФСР имени братьев Васильевых (1976), премии Ленинского комсомола (1968). Член ВКП(б) с 1945 года.
Сергей Колосов родился 27 декабря 1921 года в Москве.
Участник финской кампании 1939 года и Великой Отечественной войны.
В 1948 —1951 годы параллельно с учёбой в ГИТИСе работал ассистентом режиссёра в Центральном театре Советской армии. В 1952 году окончил ГИТИС, дипломный спектакль «Наследники» по пьесе С. Л. Львова, поставленный в 1952 году, вошёл в репертуар театра Советской армии. Своим главным учителем считал режиссёра Алексея Дмитриевича Попова, театрального реформатора. С 1952 по 1955 годы работал режиссёром Московского театра Сатиры. В 1955 году перешёл на работу в киностудию «Мосфильм» и в 1958 году дебютировал в кинематографе фильмом «Солдатское сердце».
В 1964 году Колосов в качестве режиссёра снял первый советский телевизионный
многосерийный художественный фильм «Вызываем огонь на себя» по одноимённому произведению Овидия Горчакова и Януша Пшимановского. Его главной героине, реально существовавшей партизанке Анне Морозовой после показа фильма по телевидению было посмертно присвоено звание «Героя Советского Союза». Её роль в сериале исполнила жена С. Н. Колосова — Народная артистка СССР Людмила Касаткина.
В конце 1970-х годов Колосов преподает на факультете журналистики МГУ (кафедра телевидения и радиовещания). С 1979 по 1993 год профессор С. Н. Колосов — художественный руководитель творческой мастерской актерского факультета ГИТИС — РАТИ (совместно с Л. И. Касаткиной). Член СК СССР (1962), Союза театральных деятелей РФ (1952), правления киноконцерна «Мосфильм» (1988).
Профессор (1988). В 1965—1971 годах — член ревизионной комиссии СК СССР, в 1971—1991 годах — член правления СК СССР.
В 1965 году — руководитель творческого объединения «Телефильм».
Сергей Николаевич Колосов скончался от инсульта 11 февраля 2012 в Москве. Похоронен 15 февраля 2012 года на Новодевичьем кладбище.
22 февраля 2012 года скончалась его вдова — Людмила Касаткина.
Отец — Колосов-Маевский Николай Алексеевич (1893—1961)
Мать — Франк-Колосова Любовь Исидоровна (1893—1953)
Супруга — Касаткина, Людмила Ивановна (1925—2012), актриса театра и кино, народная артистка СССР.
Сын — Алексей Сергеевич Колосов (1958), джазовый композитор и музыкант-исполнитель, историк и теоретик джазовой музыки
Внучки: Людмила (1984), Анна (2001)