Выдающийся славист, исследователь русского языка, доктор филологических наук, академик, действительный член Чешской и Болгарской академий, крупнейший специалист по исторической фонетике, морфологии и синтаксису, лексиколог, диалектолог и историк литературного языка.
В 1910 г. окончил Петербургский университет и был оставлен акад. А. А. Шахматовым для подготовки к профессорской деятельности. В 1916 г. он был послан для чтения лекций в Пермское отделение Петроградского университета, а в 1917 г., после открытия Пермского университета, начал работать на кафедре славянской филологии в должности профессора. В 1916 г. при университете была организована Комиссия по изучению Северного края, позднее переименованная в Кружок по изучению Северного края. С. П. Обнорский стал одним из активных участников кружка. Он занимался изучением местных диалектов. В это же время он был одним из редакторов «Словаря русского языка», который по плану А. А. Шахматова включал весь словарный материал, представленный живыми говорами. С. П. Обнорский составил для Кружка по изучению Северного края подробную программу собирания диалектного материала. В 1922 г. С. П. Обнорский вернулся в Петроградский университет, став заведующим кафедрой русского языка.
Исследования С. П. Обнорского посвящены прежде всего русской морфологии как в синхронном, так и в историческом освещении. Основные его труды: «Именное склонение в современном русском языке» (Вып. 1-2, 1927—1931), «Очерки по морфологии русского глагола» (1953). В его работах используется обширный фактический материал по истории русских словоизменительных форм.
С. П. Обнорским было написано свыше 80 научных работ.