Родился 17 (4 ст.ст.) июля 1911 года в селе Беззубово Тульской области (ныне Узуново Серебряно-Прудского района Московской области).
Заслуженный артист РСФСР (1957).
Народный артист РСФСР (1969).
Долгое время точная дата его появления на свет оставалась неизвестной: метрика была утеряна и Столяров сам выбрал себе дату рождения — 1 ноября. Однако много позже, в начале XXI века, удалось всё же найти сведения о правильной дате его рождения, это 4 июля по старому стилю.
Окончил актёрский факультет Театральной школы Пролеткульта (1931).
В 1932-1934 годах — артист МХАТа.
В 1934-1938 годах — артист Центрального театра Красной Армии в Москве.
В 1940-1942 годах — артист Театра имени Моссовета.
С 1944 года — актёр Театра-студии киноактёра.
Сергей родился в семье лесника Дмитрия Столярова. У Сергея было ещё три брата и сестрёнка. Жили они хоть и бедно, но дружно. Отца своего Сергей практически не помнил.
В 1914 году началась первая мировая война. Рекрутов набирали по жребию. Идти на фронт тогда выпало одному богатому крестьянину, но он обратился к своим землякам: мол, тот, кто пойдёт на фронт вместо него, получит избу, лошадь и корову. Это было настоящее богатство, отказаться от которого было не всякому под силу. Вот отец Столярова и согласился на такую замену. Он ушёл на фронт и был убит во время газовой атаки. Обещанное богатство его семья получила, однако радовалась ему недолго. Октябрьская революция всё у них конфисковала. Семья Столяровых осталась без средств к существованию. В деревне начался голод, и, чтобы спасти своих детей, мать решила младших оставить у себя, а троих старших сыновей отправить в Ташкент. В те годы этот город называли "хлебным".
Так начались скитания Сережи Столярова по объятой войной России. В Ташкент тогда он так и не попал — заболел брюшным тифом, и братья оставили его в больнице в Курске, а сами так и пропали в водовороте тех событий. Сергей вылечился и некоторое время оставался в больнице, до полного выздоровления, помогал санитарам. Затем его определили в курский детский дом. Именно там он впервые и узнал, что такое театр. Воспитатель организовал из детдомовских ребят драмкружок.
В конце 20-х годов Столяров закончил Первое профтехучилище в Москве и одно время работал паровозным машинистом на Киевской железной дороге. В свободное время он учился в театральной студии для рабочих при МХАТе, организованной актёром Алексеем Диким. Актёрские способности у Столярова, без сомнения, были, поэтому по окончании студии ему посоветовали поступать во МХАТ.
В 1932 году на приемных экзаменах в знаменитом театре Столяров читал монолог Нила из пьесы Горького "На дне". Читал прекрасно, члены высокой комиссии — а это были Константин Станиславский, Владимир Немирович-Данченко, Всеволод Мейерхольд — приняли решение из пятисот абитуриентов зачислить его в театр.
Между тем в начале 1930-х годов удачно складывалась не только творческая жизнь Столярова, но и личная. В 1930 году его призвали на военную службу, и он был распределён в Театр Советской Армии. Там он и познакомился с молодой актрисой Ольгой Константиновой (она только что закончила театральные курсы Юрия Завадского). Вскоре они стали мужем и женой.
В 1934 году молодого актёра заметил режиссёр Александр Довженко и пригласил на эпизодическую роль летчика в своём фильме "Аэроград". Так состоялся дебют Столярова в кино. Дебют был удачным: статный красавец Столяров не мог не привлечь к себе внимания. Так оно и произошло.
В 1936 году сам Григорий Александров без всяких проб пригласил актёра на главную роль в своем новом фильме "Цирк". С этой картины и началась звездная слава киноактера Сергея Столярова. Его лицо улыбалось с огромных рекламных плакатов, мелькало в газетах и журналах (кстати, именно благодаря этому фильму его после 18 лет разлуки нашли мать и брат Роман). Однако это было "парадное" лицо актёра Столярова. То, что внутри этого 24-летнего красавца происходит драма, связанная с репрессиями 1937 года, знали немногие.
Вскоре он стал отцом: 28 января 1937 года у них с Ольгой родился сын, которого назвали Кириллом (в дальнейшем он пойдёт по стопам отца и с 1956 года будет сниматься в кино).
Один за другим на экраны страны выходят новые фильмы с участием Сергея Столярова. Так, в 1938-1939 годах он снялся в фильмах Александра Роу "Руслан и Людмила" и "Василиса Прекрасная". В 1944 году тот же режиссёр пригласил его на роль Никиты Кожемяки в картине "Кащей Бессмертный".
Когда началась война, Столяров не мог остаться в стороне и записался на фронт добровольцем. Однако, как и многих его коллег, Столярова вскоре отозвали, мотивируя это решение производственной необходимостью. Вместе с "Мосфильмом" актёр и его семья осенью 1941 года оказались в Алма-Ате. По дороге туда произошёл печальный случай: у Столяровых украли продуктовые карточки. По тем временам это означало голодную смерть. И тогда Столяров вспомнил о своем хобби — охоте, взял на киностудии винтовку и ушёл в горы. Его не было сутки, но, когда он вернулся, за его плечами болтался огромный горный козел. Его мяса Столяровым хватило надолго — часть его они съели, часть продали на рынке. Именно на это мясо Столяров выменял у К.М. Симонова его новую пьесу "Русские люди", которую актёр затем поставил на сцене местного театра. Все сборы от этого спектакля Столяров отправил в фонд обороны на танк, который так и назвали — "Русские люди". В благодарность за этот поступок актёра ему в Алма-Ату прислал телеграмму сам Сталин.
Несмотря на то что Столяров в те годы считался звездой советского кино, его семья, в отличие от других знаменитых семей, жила довольно скромно. У них не было ни машины, ни дачи. Да и дружил актёр в основном с людьми простыми, не из мира искусства. Из актёров у него был только один друг — Борис Бабочкин. Они вместе ездили на охоту. Их дружба продолжалась всю жизнь.
В 1953 году, когда вышел фильм "Садко" с Сергеем Столяровым в главной роли, к артисту пришла и международная известность. На кинофестивале в Венеции он получил первую премию. Однако самого актёра на тот фестиваль не послали по идеологическим соображениям. И это при том, что через год французский журнал "Синема" включил С.Д. Столярова в список выдающихся актёров мирового кино, причем от Советского Союза в этом списке он был один.
Между тем в 50-х годах Столяров снялся ещё в двух известных фильмах: в 1956 году на экраны вышел первый советский широкоформатный фильм "Илья Муромец", в котором актёр сыграл роль Алёши Поповича (этот фильм вошёл в Книгу рекордов Гиннесса — в нём участвовало 106 тысяч солдат-статистов и 1100 лошадей), а в 1957 году — "Тайна двух океанов", где актёр сыграл роль капитана советской подводной лодки. Таким образом, галерея положительных образов была продолжена актёром и в этих фильмах.
Практически не снимался в кино Столяров и в 60-е годы. Тогда на экранах страны появилось всего лишь две картины, где актёр сыграл крупные роли: "Человек меняет кожу" (1965) и "Туманность Андромеды" (1967). Последний фильм даже получил специальный приз на фестивале в Триесте в 1968 году. Столяров в этом фильме сыграл свою последнюю (тоже главную) роль в кино. Именно малая занятость в кино позволила руководителям Театра киноактёра, где он работал, выдвинуть против Столярова обвинение, что он не выполняет положенную норму. За это его и его жену уволили из театра. Этот скандал серьёзно подорвал здоровье актёра, вскоре он тяжело заболел.
В конце 60-х Сергей Дмитриевич согласовал постановку фильма "Когда расходится туман" по собственному сценарию. Но из-за обострения злокачественной опухоли (лимфосаркома) был вынужден лечь в больницу.
Ушёл из жизни 9 декабря 1969 года в Москве.
Похоронен актёр на Ваганьковском кладбище столицы (участок № 1).
Жизни и творчеству актера посвящена глава 32 цикла "Чтобы помнили..." Леонида Филатова.
призы и награды
Сталинская премия (1951, за роль Рогова в фильме "Далеко от Москвы").
роли в кино
1967 Туманность Андромеды :: Дар Ветер :: главная роль
1965 Они не пройдут :: Алексей Якимов
1965 Год как жизнь :: Гелен
1964 Спроси свое сердце :: Коржавин-старший
1964 По газонам не ходить :: Клюев
1960 Им было девятнадцать... :: отец Анатолия Бескова
1959 Человек меняет кожу :: Синицын
1957 Повесть о первой любви :: Егор Петрович Бородин
1957 Лично известен | Անձամբ ճանաչում եմ :: Василий Никитич
1956 Илья Муромец :: Алеша Попович
1955, 1956 Тайна двух океанов :: Воронцов Николай Борисович
1952 Садко :: Садко :: главная роль
1950 Далеко от Москвы :: Александр Иванович Рогов
1947 Голубые дороги :: Разговоров
1946 Старинный водевиль :: Фаддей :: главная роль
1944,1945 Иван Грозный :: Телепнёв-Оболенский
1944 Кащей Бессмертный :: Никита Кожемяка :: главная роль
1942 Боевой киносборник "Наши девушки" :: Василий Степанович Павлов
1940 Гибель "Орла" :: Фёдор Федорович Чистяков :: главная роль
1939 Моряки :: Александр Беляев :: главная роль
1939 Василиса Прекрасная :: Иванушка :: главная роль
1938 Руслан и Людмила :: Руслан :: главная роль
1936 Цирк :: Иван Мартынов
1935 Любовь и ненависть :: сын шахтера
1935 Космический рейс :: начальник старта
1935 Аэроград :: Владимир Глушак :: главная роль
озвучивание
1952 Сармико (анимационный)
архивные кадры
2005-2007 Как уходили кумиры (документальный)
1997 Чтобы помнили... (документальный)
Сценарист
1970 Когда расходится туман