Сергей Петрович Обнорский родился (14) 26 июня 1888 года в Петербурге. Окончил Петербургский университет, где его учителем был известный русский филолог и историк А. А. Шахматов. В 1916-1922 годах Обнорский работал в Пермском университете, а с 1922 года – стал профессором в своей альма-матер. С 1931 года он является членом-корреспондентом, а с 1939 года — действительным членом Академии Наук СССР.

Во время Великой Отечественной войны, в 1944 году, Обнорский стал первым директором Института русского языка Академии Наук СССР, созданного в Москве и был им до 1950 года. В 1947 году он был удостоен Сталинской премии.

С 1950 года и до конца жизни Сергей Петрович являлся членом редколлегии Большого академического словаря русского языка в 17 томах. За эту работу посмертно награждён Ленинской премией в 1970 году.

Научные работы Обнорского лежат, прежде всего, в области русской морфологии как в синхронном, так и в историческом освещении. Основными его трудами являются: «Именное склонение в современном русском языке» (вып. 1-2, 1927–1931), «Очерки по морфологии русского глагола» (1953). В своих работах Обнорский использует большой фактический материал по истории русских словоизменительных форм.

В работе «Очерки по истории русского литературного языка старшего периода» (1946) ученый формулирует концепцию сосуществования в Древней Руси двух литературных языков: церковнославянского и древнерусского литературного. Сегодня эта теория считается устаревшей. Но сохраняет свое значение лингвистический анализ «Слова о полку Игореве», «Моления Даниила Заточника» и ряда других памятников древнерусской литературы, данный в этой работе.

Сергей Обнорский умер 13 ноября 1962 года в Москве.