Родился 16 февраля 1813 г. на Украине. Учился пению в Италии. С 1842 г. был одним из ведущих певцов (бас-баритон) петербургской оперы. Среди его лучших партий — Руслан в опере Глинки «Руслан и Людмила» (Гулак-Артемовский — один из первых исполнителей этой роли).

К числу ранних композиторских опытов талантливого певца относится его музыка к народно-бытовому спектаклю «Украинская свадьба».

Широчайшая известность Гулака-Артемовского как композитора началась с появления его оперы «Запорожец за Дунаем», поставленной в 1863 г. в Петербурге, на сцене Мариинского театра. Опера недолго продержалась на казенной сцене, но ее популярность возрастала с каждым годом. Причина — глубокая народность музыки, пронизанной интонациями украинской народной песни, мягкая лиричность, сочный, острый и вместе с тем добродушный юмор.

В дореволюционные годы художественные достоинства «Запорожца за Дунаем» не были раскрыты в полной мере: опера шла большей частью в постановке бедных ресурсами частных театров и многочисленных бродячих трупп.

Лишь в советские годы опера получила достойное сценическое воплощение. Ее показ в Москве в 1936 г. сопровождался подлинным триумфом. Не меньший успех выпал на долю этой оперы и в 1951 г., когда она была показана в новой, значительно переработанной редакции. «Запорожец за Дунаем», не сходящий со сцены Государственного академического театра оперы и балета Украинской ССР (Киев) и других украинских театров, шел также в московском Музыкальном театре им. К. С. Станиславского и В. И. Немировича-Данченко и многих других театрах СССР.

Умер С. С. Гулак-Артемовский 17 апреля 1873 г.