Первое высшее образование получил в Париже. Учился на филологическом факультете Сорбонны, также занимался в Высшей школе политической экономии и Антропологической школе. Вернувшись в Россию, учился на отделении физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета и одновременно проходил курс в Археологическом институте. С 1910 года участвует в экспедициях в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Разразившаяся гражданская война застигает Широкогорова на Дальнем Востоке и он остаётся работать во Владивостоке. Он принял участие в создании частного Историко-Филологического факультета, а затем и Государственного Дальневосточного университета. Во Владивостоке занимался преподаванием и публикацией своих работ, в т.ч. обобщающих данные собранные экспедициями. Установление советской власти на Дальнем Востоке застало его в Шанхае. Не имея возможности прервать начатую работу по изданию своего труда «Этнос. Исследование основных принципов изменения этнических и этнографических явлений», Сергей Михайлович оказался в вынужденной эмиграции в Китае и сначала работал в учебных заведениях Шанхая и Аомыня, а с 1930 г. — Пекина. В эмиграции С. М. Широкогоров написал десятки работ, выходивших в основном на английском, частично — немецком и французском языках.