Родился Сергей Константинович в семье генерала Константина Эсперовича Белосельского-Белозерского (1843 — 1920) и Надежды Дмитриевны, урождённой Скобелевой (1847 — 1920), сестры генерала М.Д. Скобелева.
В 1887 году окончил Пажеский корпус, был выпущен корнетом в лейб-гвардии Конный полк. Продолжая числиться в нём, был прикомандирован к российскому посольству в Берлине, а затем в Париже.
В 1894 году вышел в отставку. Через два года вернулся на действительную службу. В 1896-1905 адъютант великого князя Владимира Александровича. В 1906 году, уже в чине полковника, — вновь в Лейб-гвардии Конном полку. В августе 1908 года был назначен командиром 3-го драгунского Новороссийского полка и зачислен в Свиту Его Величества. Вскоре произведён в генерал-майоры и принял Уланский Её Величества лейб-гвардии полк, а в конце 1913 года — 1-ю бригаду 2-й гвардейской кавалерийской дивизии, в составе которой воевал на фронтах Первой мировой войны.
В ноябре 1914 году временно командовал 2-й Гвардейской кавалерийской дивизией, затем был начальником 3-й Донской казачьей дивизии (1914 — 1915). 29 декабря 1915 года назначен начальником Кавказской кавалерийской дивизии, с которой совершил поход по Персии через Керманшах в составе отряда генерала Баратова. 10 апреля 1916 года произведён в генерал-лейтенанты.
С 1917 года по распоряжению военного министра служил в штабе генерал-лейтенанта К.Г.Э.Маннергейма (своего друга), участвовал в войне белой финской армии с красной.
В мае 1919 года, по окончании гражданской войны в Финляндии, организовал несколько встреч генерала Н.Н.Юденича с генералом Маннергеймом. В 1919 году был назначен представителем в Финляндии лондонской Особой военной миссии по оказанию материальной помощи армиям генералов Е.К.Миллера, Н.Н.Юденича, А.И.Деникина и адмирала А.В. Колчака. Участвовал в формировании и снабжении Северо-Западной армии(1919).
После неудачи Маннергейма на президентских выборах в Финляндии Сергей Константинович оставался в Гельсингфорсе до конца 1919 года уже только в качестве представителя генерала Юденича.
Затем выехал в Англию и до роспуска Особой миссии состоял её членом (1920). Прожил в Англии более сорока лет.
Сергей Константинович скончался 20 апреля 1951 года в Тонбридже и похоронен на местном кладбище.
Князь Белосельский-Белозерский покровительствовал развитию спорта в Российской империи. Финансировал спортивный клуб «Спорт» в Санкт-Петербурге.
С 1898 года — член Крестовского лаун-теннис клуба.
С 1902 года — председатель Петербургской лиги футбола и хоккея на льду. С 1905 года — лиги хоккеистов Петербурга и окрестностей.
Владелец скаковых конюшен.
В 1900 — 1908 годах был членом МОК от России.
Сергей Константинович был женат на Сьюзен Такер (Susan Tucker Whittier) (1874 — 1934). В браке родились двое сыновей: