Родилась 12 июня 1969 года
В 1991 г. закончила Отделение структурной и прикладной лингвистики, в 1994 г. — очную аспирантуру Института востоковедения РАН. В 1995 г. защитила кандидатскую диссертацию.
В настоящее время является старшим научным сотрудником Института востоковедения РАН, а также старшим научным сотрудником кафедры теоретической и прикладной лингвистики филологического факультета МГУ.
Начиная с 1991 года принимала участие в экспедициях по изучению языков народов России — нганасанов, даргинцев, вепсов, кетов, крымских татар.
Основная область научных интересов С. А. Бурлак — сравнительно-историческое языкознание, в особенности — тохарские языки. В последнее время занимается также проблемой происхождения человеческого языка.
С. А. Бурлак преподает на Отделении структурной и прикладной лингвистики с 1996 г. Ее основной теоретический курс — «Сравнительно-историческое языкознание»; в 2005 г. опубликован (в соавторстве с С. А. Старостиным) учебник «Сравнительно-историческое языкознание».
Кроме того, в разные годы С. А. Бурлак читала спецкурсы «Тохарские языки» (совместно с И. Б. Иткиным) и «Лингвистические задачи».
С. А. Бурлак активно занимается популяризацией лингвистики среди школьников. В 1988-89 гг. преподавала в Школе юного филолога при филологическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова. В 1989 г. принимала участие в составлении набора заданий по лингвистике для вступительного экзамена на отделение ВЗМШ АПН СССР при МГУ им. М. В. Ломоносова «Языки и литература». В 1995, 1997, 2005 и 2006 г. читала курсы по сравнительно-историческому языкознанию и русской этимологии в Летней и Зимней Лингвистических школах (для учащихся средних и старших классов), с 1998 г. преподает лингвистику на гуманитарном отделении в Летней и Зимней Экологических Школах (для учащихся средних и старших классов), с 1991 г. входит в состав Оргкомитета и Жюри Традиционной лингвистической олимпиады (с 2005 г. — также Международной лингвистической олимпиады) и является автором многих лингвистических задач; в 1996 г. принимала участие в проверке, а в 1997 и 1998 гг. также в составлении заданий по лингвистике для городского тура Московского интеллектуального марафона; в 1996-1997 гг. вела факультатив по лингвистике в Московской Городской Люблинской Гимназии; в 1998 — 2000 г. преподавала лингвистику в гимназии N 1527. Лингвистические задачи, составленные С. А. Бурлак, неоднократно публиковались в журнале «Наука и жизнь» и в газете «Русский язык».