Окончил Морское училище, в 1881 году выпущен мичманом во 2-й флотский экипаж. Позднее окончил Минный офицерский класс и Императорскую Академию художеств.
С 1895 года штабс-капитан лейб-гвардии Преображенского полка. На 1 января 1909 года — полковник Преображенского полка. Затем - штабной офицер для особых поручений при управлении гофмаршальской части Министерства Императорского Двора. С 1 января 1911 года начальник царскосельского Дворцового Управления.
С 1909г. член Комиссии Музея Допетровского искусства и быта. С 1913г. редактор “Летописного и лицевого изборника дома Романовых” , в котором сотрудничал Николай Рерих. Жена Николая Рериха - Елена - писала: «Младшая линия Путятиных состояла из Михаила Сергеевича и Нила Сергеевича, женатых на сёстрах, на дочерях адмирала Платова. Михаил Сергеевич начал карьеру морским офицером, продолжил чиновником по особым поручениям при Государе и императорской семье, и затем был назначен начальником Царского Села, резиденции Государя. Сергей Михайлович имел двух сыновей. Старший был женат на великой княгине Марии Павловне <младшей> после её развода со шведским принцем» (Рерих Е. И., 1950?55в). Сохранилось два письма князя М. С. Путятина к князю П. А. Путятину - от 1892 и от 1907 гг.: РА ИИМК, ф. 15, № 74.
После революции в России - в эмиграции во Франции. Жил в Русском доме в Сент-Женевьев-де-Буа под Парижем. Один из устроителей церкви св. Николая Чудотворца при Русском доме (1927).
Скоропостижно скончался 24 мая 1938 года. Похоронен в Кламаре.
Жена: Софья Сергеевна Палтова. Дети: Сергей Михайлович (р. 1892), Александр Михайлович (р. 1897).