российский и армянский кинорежиссер, заслуженный деятель искусств Армянской ССР (1976), РСФСР (1976), Грузинской ССР (1979). Учился в Московском экономическом институте (1954-1956), Ереванском театральном институте (1956-1958). В 1964 г. окончил режиссерский факультет ВГИКа (мастерская Е. Л. Дзигана). В режиссуре дебютировал короткометражными телефильмами, отмеченными на Международных кинофестивалях («Лестница», Главный приз Международного кинофестиваля в Монте-Карло, 1962; «Три часа дороги», приз МКФ в Канне, 1963). В 1965 г. экранизировал пьесу А. В. Софронова «Стряпуха», открыв этой «колхозной мелодрамой» для широкого зрителя такие актерские имена как С. А. Светличная и В. С. Высоцкий.
В 1966 г. сделал вторую в истории советского кино экранизацию повести П. А. Бляхина «Красные дьяволята» (первая – 1923, режиссер И. Н. Перестиани), персонажи которой – четверка юных бойцов Первой конной армии С. М. Буденного – стали культовыми героями для нескольких поколений кинозрителей. Популярность героев фильма, основанная на уверенной, изобретательной режиссуре, дала возможность продолжить их приключения в двух новых фильмах («Новые приключения неуловимых», «Корона Российской Империи»). Несмотря на то, что режиссер не чурался копировать сюжетные ходы, а иногда и целые эпизоды голливудских вестернов, его картины и их герои стали характерным продуктом советской массовой культуры. Немаловажно, что популярность приобрели не только положительные персонажи, но и герои отрицательного плана, сыгранные Е. З. Копеляном, В. Л. Трещаловым, А. Б. Джигарханяном, С. В. Крамаровым, а также песни на музыку Б. А. Мокроусова и Я. А. Френкеля.
В 1970-х годах, работая на «Арменфильме», режиссер обратился к национальной тематике. Наиболее известным фильмом этого периода стала психологическая драма «Когда наступает сентябрь» (приз МКФ в Каире, 1975), где режиссерский замысел – вызвать сочувствие и симпатию к человеку «на закате жизни» – был воплощен талантливым актерским ансамблем во главе с А. Б. Джигарханяном. Темой исторической кинодилогии «Звезда надежды» по роману С. Н. Ханзадяна «Мхитар Спарапет» стала борьба армян под предводительством Мхитара Спарапета с турецкими завоевателями. С 1982 г. он вновь работал на «Мосфильме». Им была поставлена киноповесть о героях антифашистского Сопротивления «Где-то плачет иволга», драма о жертвах сталинских репрессий «Вознесение». Несмотря на расхожее представление о Кеосаяне как о «режиссере одного фильма» («одного цикла»), он сумел показать себя незаурядным мастером в работе с драматургическим материалом, хорошо понимавшим специфику киноязыка, внесшим известный вклад в национальный армянский кинематограф; был соавтором сценариев многих своих фильмов. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.