Основные направления научной деятельности: история архитектуры Дагестана, история архитектуры советского авангарда, история советской и зарубежной архитектуры, теория архитектуры и дизайна.Выявлены, исследованы, обмерены и впервые введены в научный обиход более 1000 памятников дагестанской архитектуры, расположенных в 130 горных аулах. Опубликованы монографии, среди них: «Лезгинское народное зодчество», «Рутульская архитектура», «Цахурская архитектура», «Дагестанские лабиринты», «Агульская архитектура», «Дагбары и Дербентская крепость».
Изучено около 150 личных архивов архитекторов, художников, дизайнеров и скульпторов эпохи советского авангарда и постконструктивизма. По результатам этого исследования опубликовано более 450 научных трудов, среди них: «Архитектура советского авангарда» в двух книгах (1996, 2001), «Конструктивизм» (2003), «Сто шедевров советского архитектурного авангарда» (2004), «Рационализм» (2007), «Супрематизм» (2007), «Александр Веснин и конструктивизм» (2007), «Иван Жолтовский» (2010), две серии биографических монографий в проекте «Русский авангард» – «Кумиры авангарда» и «Творцы авангарда». Более 70 книг С.О. Хан-Магомедова опубликованы за рубежом.
Награды: Лауреат Государственной премии РФ в области литературы и искусства, Орден Дружбы, Большая медаль РААСН.