Родился 23 февраля (7 марта) 1894 года в селе Пятра Оргеевского уезда Бессарабской губернии (ныне — Оргеевский район Республики Молдова) в дворянской семье.
Учился в Петербургском технологическом институте, затем — на физико-математическом факультете Императорского Московского университета, участвовал в работе революционных студенческих кружков.
В июле 1916 года мобилизован в Императорскую армию, окончил Алексеевское пехотное училище в Москве и был произведён в офицеры (прапорщик, затем — подпоручик). В декабре 1916 года назначен в 15-й Сибирский запасный стрелковый полк в Красноярске. Там сблизился с политическими ссыльными и вместе с ними стал вести среди солдат пораженческую пропаганду. Вступил в Партию социалистов-революционеров, примыкал к левой фракции.
Во время Февральской революции Лазо арестовал губернатора Енисейской губернии Я. Г. Гололобова и местных высших чиновников. В марте 1917 — член полкового комитета, председатель солдатской секции Совета. Весной 1917 года приехал в Петроград депутатом от красноярского Совета и единственный раз в жизни увидел В. И. Ульянова-Ленина. Радикализм вождя большевиков очень понравился Лазо. Вернувшись в Красноярск, организовал там красногвардейский отряд. В октябре 1917 год — делегат I Всесибирского съезда Советов. В октябре 1917 года взял в свои руки власть в Красноярске. Комиссар Временного правительства телеграфировал в те дни в Петроград: «Большевики заняли казначейство, банки и все правительственные учреждения. Гарнизон — в руках прапорщика Лазо».
Участвовал в подавлении восстания юнкеров в Омске и юнкеров, казаков, офицеров и студентов в декабре 1917 года в Иркутске. После этого назначен начальником гарнизона и военным комендантом Иркутска.
С начала 1918 года — член Центросибири, в феврале-августе 1918 год — командующий войсками Забайкальского фронта. Под командованием Лазо красные войска нанесли поражение отряду атамана Г. М. Семёнова. В это же время Лазо перешёл из эсэровской в большевистскую партию.
Осенью 1918 года, после падения большевистской власти на востоке России, ушёл в подполье и занялся организацией партизанского движения, направленного против Временного Сибирского правительства, а затем — Верховного правителя адмирала А. В. Колчака. С осени 1918 год — член подпольного Дальневосточного областного комитета РКП(б) во Владивостоке. С весны 1919 — командовал партизанскими отрядами Приморья. С декабря 1919 год — начальник Военно-революционного штаба по подготовке восстания в Приморье.
Один из организаторов переворота во Владивостоке 31 января 1920 года, в результате которого была свергнута власть колчаковского наместника — главного начальника Приамурского края генерал-лейтенанта С. Н. Розанова и сформировано Временное правительство Дальнего Востока, подконтрольное большевикам, — Приморская областная земская управа.
Успех восстания во многом зависел от позиции офицеров школы прапорщиков на Русском острове. Лазо прибыл к ним от имени руководства восставших и обратился с речью:
В результате, школа прапорщиков объявила о своем нейтралитете по отношению к восстанию, что и сделало падение власти Розанова неизбежным.
6 марта 1920 года Лазо был назначен заместителем председателя Военного совета Временного правительства Дальнего Востока — Приморской областной земской управы, примерно в это же время — членом Дальбюро ЦК РКП(б).
После Николаевского инцидента, во время которого был уничтожен японский гарнизон, в ночь с 4 на 5 апреля 1920 года Лазо был арестован японцами, а в конце мая 1920 года Лазо и его соратники А. Н. Луцкий и В. М. Сибирцев были вывезены японскими войсками из Владивостока и переданы казакам-белогвардейцам. Согласно распространённой версии, после пыток Сергея Лазо сожгли в паровозной топке живьём, а Луцкого и Сибирцева сначала застрелили, а затем — сожгли в мешках. Однако о смерти Лазо и его товарищей уже в апреле 1920 года сообщила японская газета «Джапан Кроникл» — по версии газеты, он был расстрелян во Владивостоке, а труп сожжён. Несколько месяцев спустя появились утверждения со ссылкой на безымянного машиниста, видевшего, как на станции Уссури японцы передали казакам из отряда Бочкарёва три мешка, в которых были три человека. Казаки попытались затолкать их в топку паровоза, но они сопротивлялись, тогда их расстреляли и мёртвыми засунули в топку.
В последнем издании «Истории Дальнего Востока России» эта версия гибели Лазо описывается как легенда. Также нередко в прессе и в Интернете появляются «опровержения», согласно которым в Уссурийске в качестве памятника якобы установлен паровоз Еа. Согласно этим «утверждениям», Лазо не мог быть сожжён в том паровозе потому, что такая серия появится лишь спустя 21 год после его смерти (паровозы Еа поставлялись из США в СССР во время Второй мировой войны по ленд-лизу). Однако в Уссурийске установлен не «ленд-лизовский» Еа, а паровоз времён Гражданской войны — Ел, а это две похожие (особенно для неспециалистов) разновидности паровозов серии Е, на котором в 1990-е годы при очередной «косметической» покраске маляр ошибочно написал серию «Еа». Паровозы Ел строились американскими заводами в 1916—1917 гг, всего было построено 475 локомотивов. Далее по морю эти паровозы направляли во Владивосток, откуда они уже распределялись по всей стране. На конец 1922 года на дорогах Сибири числилось 277 паровозов серии Е, основную часть из которых составляла разновидность Ел. Таким образом, если Лазо и был сожжён в паровозе, то наиболее вероятно, что этот паровоз был именно Ел (паровозы более мощные, чем Е, на то время в Сибири отсутствовали).
Почтовая марка СССР, 1948 год
Почтовая марка СССР, 1948 год