Участник финской кампании 1939 г. и Великой Отечественной войны. В 1948–1951 гг. параллельно с учебой в ГИТИСе работал ассистентом режиссера в Центральном театре Советской армии. В 1952 г. окончил ГИТИС, дипломный спектакль «Наследники» по пьесе С. Л. Львова, поставленный в 1952 г., вошел в репертуар театра Советской армии. Своим главным учителем считал режиссера А. Д. Попова, театрального реформатора. С 1952 по 1955 г. работал режиссером Московского театра сатиры. В 1955 г. перешел на работу в киностудию «Мосфильм» и в 1958 г. дебютировал в кинематографе фильмом «Солдатское сердце». В 1964 г. Колосов в качестве режиссера снял первый советский телевизионный многосерийный художественный фильм «Вызываем огонь на себя» по одноименному произведению О. А. Горчакова и Я. Пшимановского. Его главной героине, реально существовавшей партизанке Анне Морозовой после показа фильма по телевидению было посмертно присвоено звание «Героя Советского Союза». Ее роль в сериале исполнила жена С. Н. Колосова — Народная артистка СССР Людмила Касаткина. В конце 1970-х гг. Колосов преподает на факультете журналистики МГУ (кафедра телевидения и радиовещания). С 1979 по 1993 г. 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 гг. — член ревизионной комиссии СК СССР, в 1971–1991 гг. — член правления СК СССР. В 1965 г. — руководитель творческого объединения «Телефильм». Сергей Николаевич Колосов скончался от инсульта 11 февраля 2012 в Москве. Похоронен 15 февраля 2012 г. на Новодевичьем кладбище.