Родился 21 апреля 1955 года в Петрозаводске в семье Леонида Дмитриевича (1929-2001) и Людмилы Александровны Катанандовых. Отец, выпускник ЛИСИ, Заслуженный строитель России и Почётный гражданин Республики Карелия, с 1965 по 1986 год возглавлял главный строительный комплекс Карелии - Главсевзапстрой. Под руководством Леонида Катанандова строились и расширялись крупнейшие предприятия республики - Петрозаводскмаш, Надвоицкий алюминиевый и Онежский тракторный заводы, Сегежский и Кондопожский ЦБК. Мать - коренная ленинградка, выпускница юрфака ЛГУ, член Верховного суда Карелии. По национальности русский.
Обучался в средней школе № 30 города Петрозаводска.
В 1972 году, по окончании школы, поступил в Петрозаводский государственный университет имени О. В. Куусинена на факультет промышленного и гражданского строительства. Через пять лет, в 1977 году окончил его.
С 1977 года по 1988 год работал в СМУ № 1 треста «Петрозаводскстрой», пройдя путь от мастера на стройке до главного инженера. С мая 1989 года по июнь 1990 года работал начальником проектно-строительного объединения крупнопанельного домостроения в Петрозаводске.
Депутат Петросовета (1987-1990)В 1987 году избран депутатом Петрозаводского городского Совета народных депутатов, был председателем комиссии по экономике.
Мэр Петрозаводска (1990-1998)21 июня 1990 года был избран председателем исполкома Петрозаводского горсовета народных депутатов. В декабре 1991 года - мэром Петрозаводска.
Во время августовских событий 1991 года вместе с руководством Петрозаводска демонстративно вышел из рядов партии, принимал активное участие в массовых митингах против ГКЧП. Подверг критике бездействие властей республики в сложившейся ситуации.
В дни октябрьского кризиса 1993 года поддержал премьера Сергея Блинникова в конфликте с Верховным Советом Республики, занявшим антиельцинскую позицию.
В 1994 году с отличием окончил Северо-Западный кадровый центр (Институт государственной службы) по специальности «государственное и муниципальное управление».
В 1996 году окончил Северо-Западную академию госслужбы (Санкт-Петербург) по специальности «юриспруденция».
В Законодательном Собрании Республики Карелия, членом Палаты Республики которого он являлся будучи главой муниципального образования, занимал должность председателя Конституционного комитета.
Председатель (Премьер-министр) Правительства Республики Карелия (1998-2002)26 апреля 1998 года состоялись выборы Председателя Правительства Республики Карелия - высшего должностного лица региона. В борьбе с действующим руководителем республики Виктором Степановым Сергей Катанандов заручился политической поддержкой НДР и ЛДПР, а также финансовой поддержкой со стороны петрозаводского бизнесмена Леонида Белуги и петербургского концерна «Орими», заняв первое место с 36 % голосов. Во втором туре, прошедшем 17 мая 1998 года, выиграл выборы с результатом в 49,48 %.
В качестве Председателя правительства Республики Карелия получил полномочия члена Совета Федерации Федерального собрания Российской Федерации, где входил в комитет по делам федерации, федеративному договору и региональной политике.
В ноябре 1998 года участвовал в создании движения Юрия Лужкова «Отечество», в августе 1999 вошёл в состав его Центрального совета. На думских выборах 1999 года возглавил региональную группу от Карелии, Новгородской и Псковской областей в федеральном списке блока «Отечество - Вся Россия», Однако высокого результата блоку в республике достичь не удалось, собрав всего 9 % голосов, он занял лишь пятое место, в то время как межрегиональное движение «Единство» смогло получить 31,8 % даже при отсутствии у него регионального отделения (учредительный съезд состоялся в январе 2000 года) в Карелии. Кроме того неофициально поддержанный ОВР независимый кандидат Валентина Пивненко, победившая в карельском одномандатном округе, вскоре вошла в региональный политсовет «Единства».
В марте 2000 года, накануне президентских выборов, Сергей Катанандов высказался за семилетний либо даже пожизненный срок полномочий Президента РФ и согласился с идеей замены выборности глав субъектов РФ на назначение указом президента.
С марта по сентябрь 2001 года являлся членом президиума Госсовета России.
26 декабря 2001 года покинул Совет Федерации в связи с изменением порядка его формирования. В качестве сенатора от исполнительной власти выдвинул своего бывшего соперника Виктора Степанова.
С 12 мая 2002 года, после проведения общереспубликанского референдума, должность именуется «Премьер-министр Правительства Республики Карелия». Сергей Катанандов проработал в этой должности до 31 декабря 2002 года.
Глава Республики Карелия (2002-2006)28 апреля 2002 года на выборах главы Республики Карелия Катанандов победил в первом туре, набрав 53,35 % голосов (в разы больше своих ближайших конкурентов из СПС и Яблока, Артура Мяки и Василия Попова). Поддержка Катанандову была оказана со стороны сформированного в ходе подготовки к выборам губернатора и Законодательного собрания блока «Согласие Карелии», основу которого составили ранее противоборствовавшие республиканские отделения «Единства» и «Отечества». Предвыборная кампания сопровождалась информационной войной между Поповым и подконтрольными Катанандову республиканскими СМИ. Идти на второй срок губернатор согласился несмотря на возможные перспективы возглавить Госстрой.
В ноябре 2004 года Катанандов внёс на рассмотрение ЗС законопроект «О социальной поддержке граждан», разработанный его администрацией. Закон был направлен на «углубление» федеральной реформы по монетизации льгот и предусматривал отмену всех государственных обязательств перед льготниками, в том числе и на 50-процентную оплату коммунальных услуг, предлагая вместо льгот компенсации в размере 200-300 рублей. В ноябре-декабре в Петрозаводске вспыхнули многотысячные митинги, поддержанные Яблоком и КПРФ, с требованиями прекращения рассмотрения закона и (впервые в карьере политика) губернаторской отставки. Депутаты парламента, подконтрольного прокатанандовскому «Согласию», придержали процесс принятия законопроекта, однако реакции на протесты со стороны администрации главы не последовало, официальные СМИ полностью проигнорировали события.
В феврале 2005 года, под давлением протестующих льготников, закон вступил в силу со значительными смягчающими поправками, а власти республики вскоре взяли на себя обязательства по увеличению размеров выплат по мере роста республиканского бюджета.
Переназначение и третий срок (2006-2010)Идею отказа от прямых выборов в пользу назначения руководителей регионов федеральными властями Катанадов озвучивал ещё в 2002 году.
9 февраля 2006 года, несмотря на своё изначальное намерение отказать главе Карелии в поддержке при его переназначении по истечении губернаторского срока, Илья Клебанов представил его кандидатуру для повторного наделения полномочиями на рассмотрение президента в одном списке с «техническими» кандидатами Павлом Черновым и Николаем Левиным. 26 февраля 2006 года Владимир Путин внёс кандидатуру Катанандова на рассмотрение Заксобрания Карелии, и уже 3 марта депутаты единогласно утвердили его в должности Главы Республики (на 5 лет).
Крупнейшим кризисом для Республики в период правления Катанандова стали массовые беспорядки в Кондопоге в сентябре 2006 года, главной причиной которых губернатор назвал неуважительное отношение приезжих к местному населению, а также подстрекательские действия со стороны третьих сил. К ноябрю, в ходе решения проблем, приведших к накалу обстановки в регионе, республиканская власть оказалась на грани системного кризиса - девять глав районов были отправлены в отставку, лишились своих мест и председатели госкомитетов по местному самоуправлению и национальной политике. Сам Катанандов, в свою очередь, подвергся резкой критике со стороны Владимира Путина, после того как отправился в отпуск в Португалии, не дождавшись формирования местных органов власти Кондопожского района. Впервые в своей практике президент России до руководителя региона не смог даже дозвониться.
На выборах в республиканский парламент Карелии, проходивших в октябре 2006 года, возглавил партийный список Единой России, набравший 38,92 % голосов избирателей. На думских выборах, состоявшихся в следующем году, пошёл во главе региональной группы списка партии, получившего в Карелии 57,3 %. В обоих случаях отказался от полагавшегося ему депутатского мандата.
Осень 2007 года ознаменовалась конфликтом губернатора с Петросоветом, ведущими силами внутри которого являлись представители фракций «Справедливая Россия» и «Яблоко» во главе с председателем совета Василием Поповым, направившим 20 сентября обращение к президенту России, в котором они попросили отставки Катанандова, обвинив его в коррупции и лоббировании интересов бизнеса, в частности владельца холдинга «Лотос» Леонида Белуги. В ответ губернатор обвинил депутатов в клевете и подал иск в городской суд, потребовав 50 миллионов рублей за нанесённый ему моральный вред. Суд удовлетворил иск, сократив сумму до 200 тысяч. Повторное обращение к президенту в ноября того же года, как и предыдущее, не получило ответа, а прокуратура Карелии пригрозила депутатам уголовным разбирательством.
В конце мая 2009 года оказал давление на петрозаводскую бесплатную газету «Искра» из-за публикации перевода критической статьи о президенте Дмитрии Медведеве. Газета принадлежала Василию Попову.
30 июня 2010 года Катанандов по собственному желанию досрочно сложил полномочия главы республики, хотя срок полномочий истекал лишь в марте 2011 года.
Критика и причины отставкиОтмечается, что отставка Катанандова, последовавшая летом 2010 года, назревала давно, и о ней говорили ещё в 2006 году после беспорядков в Кондопоге; также отмечается, что рейтинг Катанандова неуклонно снижался. К руководству региона имелись претензии экономического характера, в частности по скандалам вокруг месторождений щебня; ситуация в сфере ЖКХ носила тяжёлый характер. Кроме того в числе причин отставки называются конфликт Катанандова с полпредом по Северо-Западу Ильёй Клебановым, поражение «Единой России» на выборах глав муниципальных образований, скандал вокруг выборов мэра Петрозаводска и конфликт вокруг утверждения сенатором Девлетхана Алиханова.