Гофмейстер (с 1910). Из дворян Рязанской губернии. Сын отставного штабс-капитана лейб-гвардии Егерского полка Дмитрия Фёдоровича Сазонова (1825-?) и баронессы Ермонии Александровны Фредерикс. Образование получил в Императорском Александровском лицее в С.-Петербурге, по окончании которого 30.05.1883 в чине титулярного советника принят на службу в ведомство МИД. С 13.06.1884 состоял при канцелярии МИД сверх штата, 23.12.1886 назначен 3-м, 30.10.1889 - 2-м секретарём канцелярии. 30.05.1886 произведён в коллежские асессоры, 30.05.1890 - в надворные советники. С 3.10.1890 2-й секретарь российского посольства в Лондоне. В 1894—1904 секретарь российской миссии в Ватикане. 5.04.1898 пожалован в камергеры. 12.06.1904 назначен советником посольства в Лондоне с производством в статские советники. На этом посту принимал участие в урегулировании Гулльского инцидента, когда эскадра вице-адмирала З.П. Рожественского, направлявшаяся на Дальний Восток, обстреляла английские рыболовные суда, что едва не привело к крупному британско-русскому военному конфликту. С 1906 чрезвычайный и полномочный посланник в Ватикане. 22.04.1907 получил чин действительного статского советника.
С 26.05.1909 товарищ министра иностранных дел (при министре А.П. Извольском). 9.09.1909 удостоен Высочайшей благодарности за управление МИД в отсутствие министра. С 4.09.1910 управляющий министерством, с 8.11.1910 министр иностранных дел. Одновременно с 1.01.1913 член Государственного совета. В декабре 1910 пожалован в гофмейстеры Высочайшего Двора. В 1915-1917 также почётный мировой судья по Белостокскому уезду Гродненской губернии. Вначале продолжил курс на сближение с Англией и Японией без обострения дипломатических отношений с Германией и Австро-Венгрией; вместе с тем пытался сплотить Балканские государства и Турцию в направленную против Австро-Венгрии «конфедерацию» под эгидой России. Со временем приобрел влияние на императора Николая II. В ноябре 1910 вёл переговоры с германским канцлером Т. Бетман-Гольвегом и статс-секретарем иностранных дел А. Кидерлен-Вехтером, завершившиеся Потсдамским соглашением 1911, заключил соглашение с Японией в 1912 и 1916. Потсдамское соглашение не изменило, однако, основной политической ориентации России на союз с Францией и сближение с Англией, и дальнейшая деятельность Сазонова главной своей целью имела укрепление связей с Антантой. В июне 1914 Сазонов сделал попытку привлечь к Антанте Румынию. После австрийского ультиматума Сербии 23.07.1914 Сазонов предложил, чтобы Россия, Англия и Франция коллективно воздействовали на Австро-Венгрию и вынудили её взять ультиматум обратно. Уверенный в неизбежности войны, Сазонов убедил Николая II издать 30.07 указ о всеобщей мобилизации. Германский ультиматум России о прекращении мобилизации был отклонён. 1.08.1914 последовало объявление войны России со стороны Германии.
В ноте, переданной 14.09.1914 послам Англии и Франции — Д. Бьюкенену и М. Палеологу, Сазонов сформулировал условия будущего мира с Германией и Австро-Венгрией, впоследствии принятые союзниками с некоторыми оговорками. Принимал деятельное участие в подготовке англо-франко-русского соглашения 1915, предусматривавшего передачу России Черноморских проливов. Вместе с группой министров в 1915 обратился с просьбой к императору о нежелательности смены Верховного главнокомандующего. Учитывая прямую связь национальной политики России с обеспечением её международных интересов, в конце 1915 разработал проект российско-польской унии, который предусматривал общих монарха, двор, уделы, армию, границы, финансы, дипломатию и пути сообщения. Однако проект Сазонова был отклонён правительством. 7.07.1916, уехав с разрешения императора на отдых в Финляндию, получил отставку. Это вызвало протесты со стороны английского и французского послов.
12.01.1917 назначен чрезвычайным и полномочным послом в Лондон (с оставлением членом Государственного совета), но к исполнению обязанностей приступить не успел. За службу был удостоен ряда российских орденов: Св. Станислава 2-й степ. (13.04.1897), Св. Анны 2-й степ. (9.04.1900), Св. Владимира 4-й степ. (6.04.1903), Св. Станислава 1-й степ. (1910), Св. Анны 1-й степ. (1912), Белого Орла (1916). Имел также ордена: Карла III кавалерский крест (Испания, 2.08.1888), Серафимов (Швеция, 5.07.1912) и Бани большой крест (Великобритания, 1916) и медаль в память царствования имп. Александра III.
После Февральской революции 1917 Временное правительство подтвердило назначение Сазонова послом, однако 1.05.1917 он, так и не уехавший в Англию, был уволен в отставку. 25.10.1917 в числе других членов Государственного совета по назначению уволен от службы. Осенью 1917 уехал в Крым, жил в Ялте после прихода к власти большевиков скрывался. В начале 1918 прееехал в Алупку, в мае эмигрировал в Париж. В конце октября 1918 приехал в Екатеринодар, где вошёл в состав Особого совещания — «высшего органа гражданского управления» при верховном руководителе Добровольческой армии генерале от инфантерии М.В. Алексееве, затем при А.И. Деникине, заняв пост начальника Управления иностранных дел. В ноябре 1918 возглавил Совет по делам внешней политики, образованный для подготовки к мирной конференции. В середине декабря 1918 отбыл в Париж. В начале января 1919 назначен министром иностранных дел Всероссийского правительства адмирала А.В. Колчака. В 1919 в Париже - член Русского политического совещания для обсуждения итогов войны и выработки единой позиции; участник Версальской мирной конференции. В конце 1919 отстранён Денинкиным от должности, приказу не подчинился. После сформирования правительства генерала П.Н. Врангеля в июне 1920 сдал должность, остался в Париже. В последние годы жизни проживал в своём имении под Белостоком (Польша). Скончался в Ницце (Франция) на 67-м году жизни, похоронен на русском кладбище Кокад в Ницце.
По отзывам современников, Сазонова как государственного деятеля отличали прямота характера, отсутствие личной корысти, энергичная решительность. С иностранными дипломатами он держался нарочито холодно, скрывая за показной стороной поведения свою импульсивность и природный темперамент. С коллегами по министерству он был прост, приветлив, постоянен в своих привязанностях. Как свидетельствовал сотрудник МИД Г.Н. Михайловский, «простой и приветливый прием Сазонова, его манера задавать быстрые и краткие вопросы, прямо касавшиеся существа дела, и наружность скорее профессорская, чем дипломатическая,— все это располагало к нему. Была у него и другая черта — постоянство в личных отношениях, но в то же время импульсивность характера и темперамента, несмотря на наружную холодность, заставляла всегда быть начеку и давать быстрый и решительный ответ». По словам помощника управляющего делами Совета министров А.Н. Яхонтова, «министр иностранных дел Сергей Дмитриевич Сазонов, культурный, широко образованный, элегантный, безукоризненно одетый, заботившийся о своей внешности, изъяснявшийся по-русски с неуловимым налетом привычки предпочтительно польлзоваться иностранными языками, мог быть отнесен, по духовному его складу, к тому разряду российских граждан, которых именовали «русскими европейцами», а в старые времена – «вольтерианцами». В нем чувствовалось преклонение перед заграничными устоями общежития. Видимо, его завораживала мучительная мысль – «а что скажет Европа?». По склонностям в нем виделся англофил, благоговеющий перед английскими порядками, перед которыми русский быт и управление достойны сожаления; Германию он определенно не любил, возмущаясь ее стремлениями к мировой гегемонии и грубо прямолинейными действиями ее дипломатии… Область внешней политики он рассматривал как свой неотъемлемый удел и впадал в раздражение, когда не по его почину беседы в Совете министров затрагивали эту область. В таких случаях он обычно возражал, или, вернее, давал пояснения нехотя, со скучающим снисходительным видом, будто профаны позволили себе неделикатно коснуться того, что недоступно их восприятию…»
Женат (с 1898) на Анне Борисовне Нейдгардт (1868–1939), дочери обер-гофмейстера, почетного опекуна, действительного тайного советника Б.А.Нейдгардта (ее старшая сестра, Ольга Борисовна, была замужем за председателем Совета Министров П.А.Столыпиным). Детей не имел.
