Родился 23 января 1944 г. в селе Нащеково (Шегарский район Новосибирской области, ныне район относится к территории Томской области). Школьные годы провел в Томске.
В 1962-1964 гг. Сергей Белов был студентом Московского лесотехнического института (МЛИ; ныне Мытищинский филиал Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана), но не окончил его.
В 1977 г. стал выпускником Московского областного государственного института физической культуры (ныне Московская государственная академия физической культуры) по специальности "тренер-преподаватель".
Карьера игрока
С 1956 г. Сергей Белов посещал в Томске баскетбольную секцию. Его первым наставником был Георгий Реш. С 1958 г. тренировался со студенческими командами, которыми руководил Реш.
В начале 1960-х гг., будучи старшеклассником, Сергей Белов выступал на соревнованиях за команду Томского политехнического института им. С. М. Кирова (ныне Томский политехнический университет), а также за юношескую сборную Томска. Игровая позиция - атакующий защитник.
В 1962-1964 гг. играл за команду МЛИ и сборную Московской области.
В 1964-1967 гг. Сергей Белов выступал за "Уралмаш" (Свердловск, ныне Екатеринбург) в первой и высшей лигах чемпионата СССР.
С 1968 по 1980 г. представлял московский ЦСКА. В его составе стал 11-кратным чемпионом СССР (1969-1974, 1976-1980) и двукратным обладателем Кубка европейских чемпионов (1969, 1971).
В 1967-1980 гг. Сергей Белов являлся игроком сборной СССР по баскетболу. В ее составе он стал четырехкратным чемпионом Европы (1967 - Финляндия, 1969 и 1979 - Италия, 1971 - ФРГ) и двукратным чемпионом мира (1967 - Уругвай, 1974 - Пуэрто-Рико). Также он был двукратным серебряным (1975 - Югославия, 1977 - Бельгия), бронзовым (1973 - Испания) медалистом первенства Европы, серебряным (1978 - Филиппины) и бронзовым (1970 - Югославия) призером мирового первенства.
В 1968 г. в Мехико (Мексика) Сергей Белов в составе советской сборной стал бронзовым медалистом XIX летних Олимпийских игр. Впоследствии он дважды повторял это достижение (1976, Монреаль, Канада; 1980, Москва).
10 сентября 1972 г. в Мюнхене (ФРГ) вместе со сборной СССР Сергей Белов завоевал золотую медаль XX летней Олимпиады. В финальном матче, вошедшем в историю баскетбола как один из наиболее драматичных поединков, советские спортсмены со счетом 51:50 обыграли американцев. Сергей Белов стал самым результативным игроком встречи, набрав 20 очков.
19 июля 1980 г. спортсмен зажег огонь в чаше московского стадиона "Лужники" в ходе церемонии открытия XXII летней Олимпиады.
Осенью 1980 г. Сергей Белов завершил карьеру игрока.
Тренерская и административная деятельность
В 1981-1982, а также в 1988-1990 гг. Сергей Белов был старшим тренером московского ЦСКА. Под его руководством команда дважды выиграла чемпионат СССР (1982, 1990) и один раз стала бронзовым призером (1989).
В 1990-1993 гг. Сергей Белов возглавлял баскетбольный клуб "Кассино" из одноименного города, выступавший во втором дивизионе чемпионата Италии.
С 1994 по 1999 г. являлся главным тренером мужской сборной России по баскетболу. Под его руководством команда дважды выиграла серебряные медали чемпионата мира (1994 - Канада, 1998 - Греция) и один раз заняла третье место на чемпионате Европы (1997 - Испания). В 1995-1998 гг., параллельно с тренерской работой, Сергей Белов возглавлял Российскую федерацию баскетбола.
В 1999-2005 гг. - главный тренер баскетбольного клуба "Урал-Грейт" (Пермь). Дважды приводил команду к победе в чемпионате России (2001, 2002), один раз - в Североевропейской баскетбольной лиге (2001). Под его руководством "Урал-Грейт" также становился серебряным призером чемпионата России (2003).
В 2005-2006 гг. Сергей Белов входил в состав совета директоров "Урал-Грейта", в 2006-2007 гг. занимал должность президента клуба.
С 2007 по 2013 г. являлся спортивным директором Ассоциации студенческого баскетбола России.
В 2008-2009 гг. работал главным тренером мужской студенческой сборной России по баскетболу. В июле 2009 г. под его руководством команда заняла второе место на XXV Всемирной летней Универсиаде в Белграде (Сербия).
В 2008-2010 гг. Сергей Белов являлся членом Общественной палаты РФ (входил в состав комиссии по формированию здорового образа жизни, спорту и туризму).
В 2010-2013 гг. был почетным президентом школьной баскетбольной лиги "КЭС-Баскет".
Книга
В 2011 г. была издана автобиографическая книга Сергея Белова "Движение вверх". Она легла в основу одноименной спортивной драмы Антона Мегердичева, вышедшей на экраны в декабре 2017 г. Фильм стал одним из самых кассовых в истории современного российского кинематографа, его сборы в РФ составили более 2,9 млрд руб.
Звания, награды
Заслуженный мастер спорта СССР (1969). Заслуженный тренер СССР и России, заслуженный работник физической культуры РФ (2003).
Сергей Белов был награжден орденами "Знак Почета" (1972) и Почета (2006), отмечен благодарностью президента РФ (2010).
Удостоен серебряного Олимпийского ордена Международного олимпийского комитета (1994).
В 1992 г. первым из неамериканских игроков был включен в Баскетбольный зал славы им. Дж. Нейсмита (Спрингфилд, шт. Массачусетс, США). В 2007 г. был избран в Зал славы Международной федерации баскетбола (Алькобендас, Испания).
Почетный гражданин Томской области (2007) и Пермского края (2013, посмертно).
Кончина
Сергей Белов скончался 3 октября 2013 г. в Перми на 70-м году жизни. Похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве.
Память, признание
С 1970-х гг. в Томске регулярно проводится баскетбольный турнир юношеских команд имени Сергея Белова.
В 2015 г. на Аллее спортивной славы ЦСКА в Москве был открыт бюст Сергея Белова.
Посвященные спортсмену мемориальные доски установлены на фасадах томского лицея №8 и пермского универсального дворца спорта "Молот". В его честь назван астероид главного пояса 296638 Sergeibelov.