Родился в хуторе Проциков Весёловского района Ростовской области. Окончил Сальский сельскохозяйственный техникум, Ростовский институт сельскохозяйственного машиностроения по специальности «инженер-механик», Академию народного хозяйства при правительстве Российской Федерации по специальности «менеджер-экономист». Служил в ПрикВО.
С 1977 года работал на комбайностроительном заводе «Ростсельмаш»: слесарем-испытателем, инженером-технологом, мастером, механиком, зам. начальника цеха, начальником цеха. Был инструктором промышленно-транспортного, социально-экономического отделов Ростовского горкома КПСС. Работал начальником производства в НПО «Микротехника».
В 1994 года избран депутатом Законодательного собрания Ростовской области.
В декабре 2000 и декабре 2004 баллотировался на пост мэра Ростова-на-Дону, оба раза заняв второе место после действующего мэра М. А. Чернышёва.
В июне 1997 избран, а в декабре 1999 переизбран депутатом Государственной Думы России по 145-му Пролетарскому одномандатному избирательному округу Ростовской области, где проработал до декабря 2003. В декабре 2003 проиграл выборы в своём округе заместителю главы — управляющей делами Администрации Ростовской области, жене М. А. Чернышёва, З. М. Степановой, уступив ей на 3000 голосов. Обращался в суд с иском об отмене результатов выборов из-за имевшей место, по его мнению, фальсификации их результатов. Однако судом выборы были признаны соответствующими требованиям избирательного законодательства. В декабре 2007 года Коломейцев вновь избран депутатом Государственной Думы в составе федерального списка КПРФ. Был членом Комитета ГД по труду и социальной политике. 4 декабря 2011 года был избран депутатом Госдумы VI созыва от КПРФ. В сентябре 2016 года избран депутатом Государственной думы VII созыва по партийному списку от КПРФ (№ 1 в региональной группе № 33, Ростовская область).
Член Президиума ЦК КПРФ с 30 ноября 2008. С 12 апреля 2014 по 27 мая 2017 секретарь Центрального комитета КПРФ.
5 августа 2015 был зарегистрирован кандидатом в губернаторы Ростовской области. На выборах проиграл действующему губернатору, набрав 11,67 % голосов избирателей.
Член редколлегии газеты «Советская Россия».В 2016-2021 – депутат Государственной думы РФ VII созыва. 18 сентября 2016 избран по списку партии КПРФ (первый номер в региональной группе № 33, Ростовская область). Также баллотировался по Таганрогскому одномандатному округу №151, набрал 20,97%. Проиграл единороссу Юрию Кобзеву (46,70%). Первый заместитель председателя думского комитета по труду, социальной политике и делам ветеранов. Первый заместитель лидера фракции КПРФ Геннадия Зюганова. С 2021 — депутат Государственной думы РФ VIII созыва. Был избран 19 сентября 2021 от партии КПРФ по федеральному округу. Был выдвинут под десятым номером общефедеральной части списка кандидатов, однако после исключения из нее Павла Грудинина фактически занял девятое место в общей части списка. Первый заместитель руководителя фракции КПРФ Геннадия Зюганова.