В 1904 году окончил Московский университет. Был учеником В. О. Ключевского и М. К. Любавского.
С 1909 года занимал должность приват-доцента, а с 1927 года до конца жизни — профессора МГУ.
С 1937 года работал также в Институте истории АН СССР. В 1940—50 годах был заведующим сектором истории СССР периода феодализма.
Был редактором и соавтором коллективных трудов «История Москвы» (т. 1—2, 1952, 1953), «Очерки истории СССР» (1953), участвовал в написании «Истории дипломатии» (Сталинская премия, 1941), учебников по истории СССР для высшей школы.
Круг научных интересов С. В. Бахрушина, был чрезвычайно широк: от Киевской Руси до XIX в., от характеристик отдельных исторических личностей до широких полотен исторического развития России, от пропагандистских и популярных статей для массового читателя до фундаментальных академических исследований. Говоря о своих научных изысканиях, С. В. Бахрушин делил их тематику на четыре группы: