В 1895 г. С. А. Бутурлин окончил училище правоведения в Петербурге, получив не биологическое, а юридическое образова­ние. Очень знаменательно то, что Сергей Александрович уже в начале своей научной деятельности, будучи еще очень молодым человеком, занял выдающееся место среди наших зоологов. Как отмечает Г. П. Дементьев, «кроме замечательной одаренности Сергея Александровича и его широкой эрудиции, этому оп был обязан своей совершенно исключительной работоспособностью. За исключением самого непродолжительного времени, необходи­мого для отдыха, он работал буквально весь день с утра до позд­ней ночи; такой распорядок занятий оставался у него до самого последнего времени».

Научная деятельность С. А. Бутурлина очень разнообразна. Как зоолог он интересовался главным образом птицами, и в обла­сти развития орнитологии его заслуги очень велики. Имя его как орнитолога получило мировую известность.

Сергей Александрович был прекрасным знатоком охотничье­го оружия, а также стрелкового дела. Широко известны его двух­томная монография «О стрельбе пулей» и  «Дробовое охотничье ружье и стрельба из него». Последняя книга выдержала восемь изданий. С. А. Бутурлин много работал в области охотничьего дела, а также по охране природы.

Экспедиционные работы Сергея Александровича охватили главным образом Крайний Север нашей страны. В 1900 г. он сов­местно с Б. М. Житковым производил исследования в низовьях Северной Двины, на острове Колгуев и на Новой Земле. В 1902 г. С. А. Бутурлин совершил вторичную поездку на остров Колгуев. В 1905 г. он возглавлял экспедицию на Колыму. Это путешествие продолжалось почти целый год и в научном отношении дало чрез­вычайно много.

Скончался С. А. Бутурлин в ночь на 22 января 1938 г. в Москве.