Родился в Иркутске. В 14 лет впервые участвовал в экспедиции отца — академика В. Обручева — в Джунгарию. После окончания Московского университета работал в Геологическом комитете, в Якутской комиссии АН СССР, во Всесоюзном арктическом институте, в Институте геологических наук АН СССР, а последние 15 лет жизни — в Лаборатории геологии докембрия АН СССР, директором которой стал в 1963. С. Обручев — один из основателей кафедры полярных стран в Петербургском университете. С 1940 и до конца жизни он возглавлял отделение физической географии Географического общества СССР. Ученый известен также как глубокий знаток творчества М. Лермонтова; А. Луначарский приглашал его заведовать кафедрой литературы в Петербургском университете.
В 1917—1924 Обручев работал (с перерывами) на Среднесибирском плоскогорье и открыл Тунгусский каменноугольный бассейн, один из крупнейших в мире (более 1 млн кв.км). В 1926 исследовал бассейн Индигирки, выявил истинный исток реки и установил, что вместо низменности по обеим ее берегам тянутся «громадные горы с пятнами снега на вершинах высотой не менее чем две тысячи метров». Обручев завершил в основном открытие большой горной системы, начатое Г. Сарычевым, продолженное И. Черским, и назвал ее хр. Черского. В том же году исследователь открыл один из полюсов холода Северного полушария, находящийся в селении Оймякон (другой расположен в Гренландии).
Карта-схема путешествий С. Обручева в 1926, 1929—1930 гг.
Через три года С. Обручев организовал новую экспедицию для исследования бассейна Колымы. Он прошел всю Колыму, пересек и обследовал обширное Юкагирское плоскогорье. По материалам двух экспедиций удалось установить золотоносность рек бассейна Колымы и Индигирки, выявить основные черты рельефа Колымо-Индигирского хр., проследить направление его главнейших речных артерий. Ученый обнаружил, что Верхоянский хр. состоит из четырех горных цепей, а не из одной, как предполагалось ранее, и создал схему тектоники северо-восточной части Азии.
В начале 1930-х гг. исследователь работал на Чукотке, где впервые применил маршрутно-визуальный метод обследования территории с самолета, открыл огромное лавовое Анадырское плоскогорье, нанес на карту его контуры, а также Анадырской низменности, проследил направление хр. Южный Анюйский и Северный Анюйский. С высоты птичьего полета увидел огромное горное сооружение и назвал его Колымским хребтом. К северу от Анадырского плоскогорья выявил Корякский хр. длиной 850 км, большой Чукотский хр., а к западу от последнего — узкие хр. Рарыткин и Пэкульней. В районе Чаунской губы обнаружил месторождение олова.
С. Обручев опубликовал 250 научных работ и несколько научно-популярных книг.
Его именем названы вершины Яблонового хр. в Тыве, мыс на Северном о-ве Новой Земли.
© 2020 Арктика