Сергей Катасонов родился 1 мая 1963 года в Оренбурге. Родители — Михаил Иванович и Мария Дмитриевна — родом из села Ратчино Шарлыкского района, переехали в Оренбург в 1955 году.

В 1980 году окончил оренбургскую среднюю школу №50 им. Н.Е. Жуковского. В 1985 году с красным дипломом окончил факультет механизации сельского хозяйства Оренбургского сельскохозяйственного института, после чего остался работать в вузе в качестве ассистента и старшего преподавателя кафедры механизации животноводства.

С 1992 по 1995 гг. работал заместителем директора по экономике научного производственно-строительного объединения «Полиформ». С 1995 по 2006 гг. — генеральным директором ООО «Предприятие СВС» (СистемыВодоСнабжения). Основными видами деятельности возглавляемых организаций были промышленное строительство, строительство многоквартирных жилых домов, объектов коммунальной инфраструктуры. За период работы Катасонова было введено 200 тыс кв. метров жилья, шесть спортивных арен с искусственным льдом, три спортивных комплекса, кирпичный завод, более 50 котельных и ЦТП мощностью более 100 МВт.

В 2004 году Сергей Катасонов был избран депутатом оренбургского городского Совета по одномандатному округу №7. В Горсовете был руководителем бюджетной группы.

В том же 2004-м его назначили главой Представительства Республики Башкортостан в Оренбургской области. В этой должности Катасонов проработал до 2006 года.

В 2006 году стал депутатом Законодательного собрания Оренбургской области. Выдвигался по округу №9 от партии «Единая Россия». В созыве 2006 года возглавлял комитет по вопросам собственности, природопользованию и строительству.  

В 2007 году была принята разработанная Сергеем Катасоновым региональная программа «Малоэтажное жилищное строительство в Оренбургской области «Свой дом» на 2007–2011 годы». В ходе её реализации началось строительство малоэтажного посёлка «Экодолье». Программа была определена как модельная и принята более чем в 50 субъектах России.

Сергей Катасонов являлся членом проекта ПРООН/ГЭФ (программа развития ООН/ Глобальный экономический фонд) «Совершенствование системы и механизмов управления ООПТ в степном биоме России». В результате его реализации в Оренбургской области запущен проект «Оренбургская тарпания».

В 2010 году Сергей Катасонов вышел из партии «Единая Россия».

— К решению выйти из «Единой России» меня подтолкнул тот момент, когда возникли непонимания внутри партии власти. Я почувствовал определённый конфликт между собственными взглядами и тем, что тогда продвигала «Единая Россия», — рассказывал Оренполит.ру Сергей Катасонов. — На каком-то этапе я понял, что у нас практически нет точек соприкосновения, и я сделал заявление, что выхожу из партии.

В 2011-м он вновь был избран депутатом регионального парламента. Выдвигался от партии ЛДПР. В этом созыве Катасонова избрали главой фракции ЛДПР в Заксобе.

— Были предложения и от «Справедливой России», и от коммунистов, — рассказывал он о периоде выдвижения на выборах в Заксоб. — Я для себя тогда выбрал поддержку партии ЛДПР. Они меня выдвинули, и я выиграл одномандатный округ. Уже придя в Законодательное собрание, мне поступило предложение возглавить фракцию. И естественно, будучи руководителем фракции, я должен быть членом партии.

В декабре 2012 года Катасонов стал депутатом Государственной Думы от Оренбургской области от ЛДПР. Он является первым зампредом комитета по бюджету и налогам, членом комиссии по рассмотрению расходов федерального бюджета, направленных на обеспечение национальной обороны, национальной безопасности и правоохранительной деятельности, а также членом правления Фонда Социального Страхования РФ. Он также входит в состав трёхсторонней комиссии по вопросам межбюджетных отношений и межведомственной рабочей группы, осуществляющей мониторинг развития ситуации в субъектах Российской Федерации.

За время работы в Госдуме Сергей Катасонов разработал и принял участие в написании 55 законопроектов.

— В Госдуме я курирую большой блок: практически всё, что касается экономики. Так случилось, что ушёл первый заместитель председателя комитета по бюджету и налогам Максим Рохмистров (сейчас аудитор Счётной палаты — «ОП»), и в след за ним — Сергей Калашников в Совфед. Поэтому сразу вывалился большой блок, — рассказывал Сергей Катасонов. — Это вопрос Центрального банка и денежно-кредитной политики, это вопрос бюджета и его формирования, оформление поправок, разработки необходимых программ. Это Улюкаев, экономика. Это Силуанов, министерство финансов. Ну и, наверное, даже сюда примыкает жилищно-коммунальное хозяйство и стройка. То есть, это пять таких крупных вопросов, которые я сегодня негласно курирую. У нас нет распределения во фракции, но существует такой порядок, что по всем вопросам от фракции должен кто-то выступать. И по всем этим направлениям фракция мне отмечает, чтобы я готовился.

В июне 2014 года Катасонов выдвинул свою кандидатуру на выборы губернатора области. Избираться планировал как единый кандидат от оппозиции.

— Сам факт объединения вокруг одного кандидата, единой цели, победив свои мелочные несогласия — это плюс оппозиции. Они сыграли, как серьёзные политики, — говорила 8 июля 2014 года политолог, доктор философских наук Марина Солодкая.

Впоследствии кандидатура Сергея Катасонова была снята с выборов решением высшего совета ЛДПР.

Поводом для снятия стала информация об уголовных делах, заведённых в отношении депутата. В марте 2015 года областная прокуратура в ответ на запрос руководства ЛДПР сообщила, что по данным УМВД и управления Следственного комитета по Оренбургской области, «уголовные дела в отношении депутата Катасонова не возбуждались, обвинений ему не предъявлялось, судимостей, в том числе погашенных, не имеется».

Позже, в июне 2016-го, глава партии Владимир Жириновский в интервью Газете.ру сообщил, что снятие кандидатуры Сергея Катасонова с губернаторских выборов произошло взамен на назначение Елены Афанасьевой сенатором в Совете Федерации. 

В начале 2016 года Катасонов выступил с поддержкой нескольких инициатив. В частности, он направил обращение Владимиру Путину о сохранении авиакомпании Orenair. В связи с реорганизацией структур «Аэрофлота» (Orenair являлась дочерним предприятием — «ОП»), оренбургскую компанию планировали закрыть и перевести всех сотрудников на работу в объединённую компанию «Россия» (в Москву и Санкт-Петербург). Как сообщал Оренполит.ру, с инициативой обращения к президенту РФ к депутату обратились сотрудники авиакомпании.

Сергей Катасонов является председателем благотворительного фонда «Центр социальных программ». С 2007 года возглавляет федерацию мини-футбола в Оренбургской области.

На выборах 2016 года в Госдуму Сергей Катасонов выдвигался по Бугурусланскому округу (№143) и по партийному списку. По этому же округу баллотировались бывший вице-спикер областного парламента Игорь Сухарев (ЕР) и шеф-редактор проекта «Однако, Евразия» Семён Уралов (КПРФ). На праймериз «Единой России» последний выступал в качестве политтехнолога Игоря Сухарева. По словам доктора философских наук, профессора Марины Солодкой, Семён Уралов в избирательной кампании играл роль «проходной пешки, которая будет всех бить, нападать».

По итогам голосования Сергей Катасонов получил в округе 23,73%, заняв второе место. Он уступил кандидату от ЕР Игорю Сухареву (41,3%). В результате Катасонов прошёл в Госдуму по партийному списку, который набрал по округу 23,65% голосов. В новом созыве Думы Сергей Катасонов сохранил свой пост первого заместителя по бюджету и налогам.

Имеет учёные степени: кандидат технических наук (1989), доктор экономических наук (2006), учёные звания: доцент (2004), профессор (2008). В Википедии указано, что Сергей Катасонов является автором более 40 научных и учебно-методических работ.

Награждён почётным знаком «За заслуги в развитии парламентаризма» (2016).