Почвовед-гидролог, мелиоратор, химик. Кандидат сельскохозяйственных наук (1936). Доктор биологических наук (1956).
Одним из первых использовал шлифы для анализа пористости почв. Первым исследовал возможность переработки сточных вод. Разработал концепцию эволюции почв и формирования почвенного покрова в зоне влияния искусственных водохранилищ. Предложил рассматривать водный режим почв зоны подтопления как своеобразный тип водного режима почв. Участвовал в работе Волго-Донской экспедиции и руководил Волго-Ахтубинской и Нижне-Камской экспедициями.
С 1957 г. и до конца своих дней - профессор кафедры физики и мелиорации почв биолого-почвенного факультета МГУ.
Автор учебника "Мелиорация почв" и практикума по этому курсу.
Скончался С.А. Владыченский в 1968 году, похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (2 уч. 15 ряд), рядом с ним похоронены родственники, в том числе и сын, профессор МГУ
А.С. Владыченский.
