Заложена 1 августа 1939 года под стапельным номером 271 на заводе № 112 (Красное Сормово) в Горьком (Нижний Новгород). 24 (по другим данным 25 апреля) 1940 года подводная лодка спущена на воду. В мае 1941 года командиром лодки назначен капитан-лейтенант Мадиссон Александр Иванович, (к началу войны он не успел сдать дела на ПЛ «Ронис»; в ряде источников дата вступления в должность 2 июня 1943). На 22 июня 1941 года техническая готовность корабля составляла 83,8%.

    Осенью 1941 года «С-15» переведена на Каспий для достройки и проведения приемо-сдаточных испытаний на завод № 638 (завод им. Сталина) в Астрахань, а затем в Баку. Из-за отсутствия аккумуляторов корабль вступил в строй лишь 16 декабря 1942 года и 20 декабря 1942 года вошел в состав Каспийской флотилии. 15 апреля 1943 года подводная лодка в составе Отдельного Отряда ПЛ начала переход из Баку в Архангельск (прибыла 25 мая) по маршруту: Астрахань – Волга – Рыбинск – Северо-Двинский канал – Кубенское озеро – Сухона – Северная Двина. Вскоре вошедшая в состав Учебного дивизиона ПЛ СФ субмарина перешла в Молотовск (Северодвинск), откуда после восстановительного ремонта и отработки задач боевой подготовки прибыла в Полярное, где 15 октября 1943 года она была перечислена в состав 5-го дивизиона ПЛ.

    Вечером 18 ноября «С-15» вышла в свой первый боевой поход. Обеспечивал боевое крещение экипажа субмарины командир 5-го дивизиона ПЛ П.И. Егоров. Подводная лодка действовала в пределах позиции № 2 в районе Тана-фьорда. Днем 23 ноября «С-15» безуспешно атаковала двумя торпедами группу боевых кораблей в составе охотников «Uj-1207», «Uj-1209» и сторожевых кораблей «NKi-03», «NKi-02» (последний шел на буксире «Nki-03»), а так же примкнувшим к ним пароходам «May» и «Bera» (771 брт). После залпа подлодка провалилась на глубину 56 м и ударилась о грунт. В дальнейшем, кроме встречи днем 29 ноября двух вражеских сторожевиков, вошедших Мехамн-фьорд, которых «С-15» не атаковала, других контактов с противником не было. По возвращении в базу было обнаружено, что подлодкой утеряна торпеда из кормового торпедного аппарата.

    Второй поход, проходивший в рамках операции «РВ-1» так же прошел безрезультатно. «С-15» все время находилась на позиции ожидания (сектор № 9) севернее Вайтолахти, пока днем 23 января 1944 года на субмарине не вышел из строя зенитный перископ, а вечером «скис» и командирский. Подводная лодка начала возвращение в базу, в пути по вине личного состава потеряв еще одну торпеду из торпедного аппарата № 4.

    В третий боевой поход «С-15» вышла в ночь на 20 февраля 1944 года. Подводная лодка должна была действовать в районе Порсангер-фьорда в рамках операции «РВ-2» (сектор «Н»), но не прошло и двух суток, как с субмарины поступила радиограмма о болезни командира (Мадиссон опасался повторения у себя инфаркта, который имел место в 1938 году). Субмарине было дано «добро» вернуться. На следующий день после возвращения лодки в базу её командир застрелился. 29 февраля 1944 года командиром «С-15» назначен капитан 3 ранга Васильев Георгий Константинович.

    Вечером 28 марта подводная лодка снова вышла в море. Обеспечивал молодого командира, в прошлом старпома «С-54», командир 5-го дивизиона ПЛ П.И. Егоров. На этот раз «С-15» должна была действовать в районе Порсангер-фьорда. В ночь на 5 апреля в Окс-фьорде субмарина успешно провела прием и высадку разведгрупп, но противника так и не встретила, и 11 апреля вернулась в базу.

    Следующее патрулирование подлодки проходило в рамках операции «РВ-4». «С-14» действовала в секторе № 3 в районе Конгс-фьорда. Утром 26 мая наведенная авиаразведкой субмарина восточнее мыса Маккаур вышла на конвой и атаковала транспорт из его состава. Командир отметил взрывы всех четырех выпущенных торпед, а через сорок минут, желая убедиться в успешности атаки, приказал всплыть под перископ. В этот момент на подводной лодке вышло из строя электрическое управление горизонтальными рулями. Видя, что корабль всплывает неуправляемо, командир дал приказ принять воду в уравнительную цистерну, при этом создался дифферент на корму, и подлодка показала над водой нос. Кажется, этого только и ждали корабли эскорта конвоя «Lf-120-Ki», включавший в себя суда «Керкплейн», «Балтенланд», «Помпеи», «Х.Е. Фрицен», «Актив», «Хорст», «Марштайнен», буксир «Норд-31» и норвежский танкер «Гердмор» под охраной канонерской лодки «К-1» и противолодочных кораблей 12-й флотилии «Uj-1209», «Uj-1219» и «Uj-1220». Сторожевики сначала обстреляли всплывшую субмарину из 88-мм орудий, после чего прочесали место появления подводной лодки глубинными бомбами. (На С-15» насчитали 79 разрывов, немецкие данные говорят о 30 глубинках; учитывая, что в этот момент над конвоем появилась советская авиация, разница в разрывах говорит о сброшенных на конвой авиабомбах). Удары сторожевиков были достаточно точны: залегшая на глубине 103 м подлодка получила значительные повреждения: разбилось 7 баков аккумуляторной батареи, нарушена герметичность балластных цистерн, подорваны многие клапаны забортной арматуры, вышла из строя помпа охлаждения дизелей, магнитный компас и подъемное устройство зенитного перископа. Внутрь прочного корпуса поступило много воды, откачку которой мешало присутствие противника. Переждав вражеские атаки «С-15» всплыла, сразу получив кратковременный пожар в первой группе аккумуляторных батарей; так как, несмотря на то, что изоляция аккумуляторов опустилась до нуля, ее, учитывая обстановку, решили не отключать. В таком техническом состоянии корабля дальнейшее патрулирование теряло смысл, днем 27 мая «С-15» прибыла в Полярное.

    Официальным итогом похода «С-14» стало уничтожение транспорта «Сольвикен» («Solviken», 1910 г./ 3.502 брт), который на самом деле был потоплен вечером 25 мая ударами авиации СФ.

    После прохождения аварийного ремонта, который совпал с текущим, во время которого подлодка получила выдвижную антенну «ВАН-ПЗ», оборудование для использования элетроторпед «ЭТ-80», а так же приборы установки хода торпед «ПУГ» и «ПУПО», в августе 1944 года «эска» снова была готова к ведению боевых действий.

    Патрулирование «С-15» в рамках операции «РВ-7» района Тана-фьорда (сектор № 2) наконец-то принесло реальный успех. Утром 24 августа в районе мыса Омганг подлодка атаковала судно из состава конвоя, следовавшего на запад. По крайней мере, одна из четырех электрических торпед разворотила борт транспорта «Дессау» (5933 брт), который, хотя и сохранил плавучесть, был выведен из строя до конца войны. Судно было отбуксировано в Мехамн, а в мае 1947 года затоплено с грузом отравляющих веществ в Северном море. В ответ сопровождавшие конвой корабли без особого успеха в течении двух часов бомбили предполагаемое местонахождение субмарины, сбросив полсотни глубинных бомб.

    В последний боевой поход борьбы с подводными лодками противника в районе мыса Желания (позиция № 11) «С-15» вышла вечером 24 сентября 1944 года. Встреч с субмаринами противника подлодка не имела, в конце октября «С-15» была отозвана в базу, так как из-за сложных погодных условий корабль имел повреждения, да и сроки автономности подходили к концу.

    Вскоре конечной точкой немецких коммуникаций стал Тормсё, который находился в зоне ответственности союзников; боевые выходы подлодок СФ прекратились.

    День Победы «С-15» встретила в ремонте у борта плавмастерской «Красный Горн».

    После войны подводная лодка продолжала служить на Севере. 29 декабря 1955 года она была выведена из боевого состава, разоружена и переоборудована в плавучую зарядовую станцию «ПЗС-27», а 20 июня 1956 года корабль исключен из списков судов ВМФ и сдан на слом.