Получив превосходное домашнее образование, юноша в 1832 году поступил на службу в канцелярию Московского губернатора. Выдержав затем испытания в Московском университете «в науках, составляющих курс учения словесного факультета», получил право на производство в чин по гражданскому ведомству. Первое время С. Н. Урусов занимался расследованием преступлений, а в 1838 году перешёл на службу во 2-е отделение Собственной Его Императорского Величества канцелярии. Спустя пять лет его причислили к департаменту Министерства юстиции, где он был полностью поглощен делами Московского сенатского архива.
В 1845 году получил назначение в Правительствующий Сенат на должность обер-секретаря департамента. По словам современников, молодой юрист «умел с одинаковой ловкостью излагать по одному и тому же делу мнение большинства и меньшинства сенаторов и согласительное предложение обер-прокурора».
В феврале 1852 года С. Н. Урусов становится камер-юнкером Двора Его Императорского Величества и с этого времени его карьера пошла более успешно. Вначале он попал за обер-прокурорский стол, а затем возглавил духовно-учебное управление при Святейшем Синоде и стал членом главного управления цензуры духовного ведомства. Вместе с новым назначением ему жалуют чин действительного статского советника и придворное звание камергера. В 1861—1862 годах С. Н. Урусов исполнял обязанности товарища обер-прокурора Синода и статс-секретаря императора. В 1864 году он был утвержден в должности и произведен в тайные советники, а позднее стал сенатором и государственным секретарем. Одновременно Сергей Николаевич успешно трудился в целом ряде обществ и комитетов.
В начале 1867 года С. Н. Урусов был назначен главноуправляющим 2-м отделением Собственной Его Императорского Величества канцелярии, а 16 апреля без освобождения от этой должности — управляющим Министерством юстиции и членом Государственного Совета. Смена министров произошла в то время, когда судебная реформа только начиналась и были открыты всего два округа — Петербургской и Московской судебных палат. Это, конечно, сказалось на темпах судебных преобразований в России. Князь Урусов, хотя и слыл высоко эрудированным и умным человеком, всё же не обладал той широтой кругозора, которая была присуща Д. Н. Замятнину. Главное же его отличие от предшественника заключалось в том, что он был человеком консервативных взглядов. А. Ф. Кони называл его одним из «вреднейших людей царствования Александра II». Князь С. Н. Урусов руководил судебными и прокурорскими органами до 15 октября 1867 года. При нём была открыта Харьковская судебная палата.
В 1872 году С. Н. Урусов производится в действительные тайные советники и, продолжая оставаться главноуправляющим 2-м отделением, становится председателем департамента законов Государственного Совета. В этом ранге он председательствовал в Верховном Уголовном суде, учрежденном для рассмотрения дела А. К. Соловьева, покушавшегося на жизнь государя. В 1881 году С. Н. Урусов по состоянию здоровья оставил пост главноуправляющего 2-м отделением, сохраняя за собой должность председателя департамента законов Государственного Совета. Князь С. Н. Урусов скончался 13 января 1883 года.
Сергей Николаевич был женат на Елизавете Петровне, урождённой княжне Трубецкой.
