Колоколов Всеволод Сергеевич родился 28 февраля 1896 года в Западном Китае, городском округе Кашгар Синьцзян-Уйгурского автономного района в семье дипломата, Генерального консула Российской империи Колоколова Сергея Александровича, аккредитованного в городах Кашгар, Фучжоу и Мукден. Русский.

В Китае прошли его детские годы, там он получил традиционное китайское образование и на всю жизнь органически освоил и китайскую классическую словесность в её различных жанрах, и живой язык в его многообразных проявлениях. 

Начальное образование получил в китайской школе, среднее в американском миссионерском колледже в г. Фучжоу. 

В 1913 году успешно закончил китайскую среднюю школу в Мукдене. Возвратился в Россию. С 1913 по 1917 годы учился в Санкт-Петербургском Александровском лицее (специальность «лингвист»).

С 1 мая по 1 сентября 1917 года в Петрограде прошёл ускоренные курсы прапорщиков при Павловском военном училище. В сентябре-ноябре 1917 года служил в запасном полку в Твери, участвовал в боях I-й Мировой войны под Двинском.

Во время Великой Октябрьской социалистической революции поддержал большевиков. В декабре 1917 года в Тверской губернии стал секретарём волостного совета рабочих, солдатских и крестьянских депутатов.

В ряды Рабоче-крестьянской Красной армии вступил на добровольной основе в ноябре 1918 года. До 1920 года служил в Твери в 4-м стрелковом полку Московского военного округа. Избирался членом культурно-просветительской комиссии полка и депутатом городского совета трудящихся.

В 1920-1922 годах учился в Военной академии РККА на Восточном отделении.

После окончания академии с апреля 1922 по январь 1937 года преподавал китайский язык на Восточном (разведывательном) факультете в Военной академии РККА. В январе 1937 года назначен начальником кафедры китайского языка, на которой находился до декабря 1939 года. 

Также преподавал русский язык как иностранный в Коммунистическом университете трудящихся Китая им. Сунь Ятсена (10.1937–06.1939) и в Дальневосточном отделе НКИД в Москве (02.1929–08.1933)

В декабре 1939 года зачислен в штат Главного Разведывательного управления ГШ с присвоением воинского звания интендант 1 ранга (приравнивается к званию «капитан») и назначением Начальником кафедры китайского языка Высшей специальной (разведывательной) школы, которую занимал до июня 1942 года.

В июне 1943 года в результате кадровых перемещений в центральных аппаратах спецслужб стал сотрудником Министерства государственной безопасности СССР и до ноября 1949 года состоял в этой должности.

С июля по октябрь 1945 года служил в Монголии. Участвовал в советско-японской войне при освобождении Северного Китая.

Уволен из рядов Советской армии в августе 1947 года в звании майора.

Награждён орденом Красного Знамени, медалями «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» и «За победу над Японией».

С ноября 1947 года по май 1950 года вновь привлекался для преподавания китайского языка в Военной академии им. М.В.Фрунзе. С 1951 по декабрь 1954 года преподавал китайский язык на историческом факультете МГУ. 

Работал преподавателем и научным сотрудником Военно-дипломатической академии Советской армии

В 1954-1957 годах возглавлял работу дуньхуанской группы Ленинградского отделения Института востоковедения Академии наук СССР, затем работал в составе тангутской группы. 

Кандидат филологических наук (23.11.1935, без защиты), профессор. Занимался составлением китайско-русских словарей, внёс вклад в разработку русской графической системы китайского языка, исследовал китайскую классическую литературу, вместе с другими сотрудниками тангутской группы подготовил к печати ряд произведений китайской классики в тангутском переводе. Работал над дешифровкой тангутской письменности. В 1959 году опубликовал 3-й и 4-й тома перевода на русский язык сочинений У Чэнъэня 吳承恩 «Си ю цзи» 西遊記. Составил ряд учебных пособий.

В последние годы жизни сосредоточил свои усилия на изучении японского языка, занимался техническими переводами во Всесоюзном научно-исследовательском институте абразивов и шлифования.

Считался непревзойдённым знатоком китайского языка, духовной и материальной культуры Китая.

Занимался составлением китайско-русских словарей, внёс вклад в разработку русской графической системы китайского языка, исследовал китайскую классическую литературу. В числе важнейших работ, выполненных им самостоятельно или в содружестве с другими китаеведами, — перевод романов «Путешествие на Запад» и «Троецарствие», книга «Китайская классика в тангутском переводе», «Лунь юй» и «Мэнцзы», перевод рассказов Лу Синя и произведений других представителей новейшей китайской литературы.

Его преподавательская деятельность в Московском институте востоковедения продолжалась более пятнадцати лет, а научная работа в Ленинградском отделении Института востоковедения АН СССР длилась около двух десятилетий. 

Умер Всеволод Сергеевич 18 января 1979 года. Похоронен в Ленинграде.