Родился 9 октября 1975 г. .
В 1998 г. окончил Московский государственный университет экономики, статистики и информатики, в 2008 г. - Гарвардскую школу бизнеса (Harvard Business School; Бостон, шт. Массачусетс, США).
Кандидат технических наук. В 2012 г. в Московском государственном техническом университете гражданской авиации защитил диссертацию на тему "Оценка качества функционирования радионавигационных и радиолокационных средств зоны аэропорта в условиях воздействия непреднамеренных электромагнитных помех".
С июня 2001 г. работал в авиакомпании "Аэрофлот - Российские авиалинии". Был начальником отдела московских и региональных продаж, с 2004 г. - директор департамента управления коммерческой деятельностью на территории РФ.
С мая 2008 г. был членом совета директоров закрытого акционерного общества "Транспортная клиринговая палата" (учреждена авиакомпаниями стран СНГ для обеспечения взаиморасчетов между агентствами и авиаперевозчиками в рамках системы взаиморасчетов на воздушном транспорте).
С мая 2009 г. – врио коммерческого директора, с июля 2009 г. по март 2010 г. - заместитель генерального директора по коммерции, член правления авиакомпании "Аэрофлот - Российские авиалинии".
В 2013 г. был советником на общественных началах полномочного представителя президента в Центральном федеральном округе Александра Беглова.
С апреля по сентябрь 2013 г. занимал должность советника министра культуры РФ Владимира Мединского.
С сентября 2013 г. по октябрь 2015 г. - директор департамента международного сотрудничества Министерства культуры РФ.
С 2 октября 2015 г. - заместитель министра, с 20 февраля 2020 г. - первый заместитель министра культуры РФ (до января 2020 г. ведомство возглавлял Владимир Мединский, затем - Ольга Любимова). Сергей Обрывалин курирует деятельность департаментов экономики и финансов, инвестиций и имущества, государственной охраны культурного наследия.
Заместитель председателя наблюдательного совета Федерального фонда социальной и экономической поддержки отечественной кинематографии (с апреля 2017 г.). Был членом совета директоров кинокомпании "Ленфильм".
Сумма декларированного дохода за 2016 г. составила 38 млн 328 тыс. руб.
Действительный государственный советник РФ I класса (2022).
Отмечен Почетной грамотой президента РФ (2015).