С. М. Брейтбург окончил историко-филологический факультет Новороссийского университета в Одессе, после окончания оставлен при кафедре литературоведения.
С 1923 года работает в Московском научно-исследовательском институте Российской Ассоциации научно-исследовательских институтов общественных наук (РАНИОН), затем на филологическом факультете Московского университета.
В 30-е годы С. М. Брейтбург был старшим научным сотрудником Института красной профессуры, профессором Института истории, философии и литературы (ИФЛИ).
В начале войны С. М. Брейтбург был направлен в Томск, где заведовал кафедрой литературы в педагогическом институте, был деканом филологического института. Вернувшись в Москву осенью 1942 г., он состоял профессором литературы в Московском Восточном институте, преподавал на кафедре литературы и журналистики Института международных отношений и в Московском университете.
С 1959 С. М. Брейтбург – профессор кафедры книговедения и редактирования Московского полиграфического института.Брат — доктор медицинских наук Абрам Моисеевич Брейтбург (1896—1960), биохимик и физиолог питания, автор монографии «Рациональное питание» (1957), учебников «Биологическая химия» (1953, 1959) и «Физиология питания» (1959, 1961).