Круг научных интересов С.В. Бахрушина был необычайно широк: история Киевской Руси, Русского государства XV–XVII вв., Сибири (считается основоположником историографии Сибири в качестве самостоятельной дисциплины), Средней Азии. Активно принимал участие в московском краеведческом движении. Был редактором и соавтором коллективных трудов «История Москвы», «Очерки истории СССР», «История дипломатии» и учебников по истории СССР для высшей школы.
Лауреат Сталинской премией первой степени.