Его первые статьи, написанные в 1950 гг., охватывают довольно широкий круг тем (ислам в России, иосифляне, русская поэзия XVII в.). Некоторые темы нашли продолжение и в последующих работах, однако уже тогда определился главный интерес учёного – история старообрядчества. Первоначальная разработка этой темы велась в статьях 1950–1960 гг. биографического и проблемного характера. С.А. Зеньковского привлекли старообрядческие деятели-писатели – Аввакум Петров и Иван Неронов, инок Епифаний, братья Денисовы. Параллельно с изучением биографий и творческого наследия названных представителей старообрядчества он разрабатывал общие проблемы этого религиозно-общественного движения. Итогом данного этапа работы С.А. Зеньковского стала опубликованная на русском языке книга «Русское старообрядчество: Духовные движения XVII в.». Основываясь на русских источниках (многочисленных публикациях исторических материалов XVII–XX вв., а также на материалах, не использованных другими исследователями (например, вошедшее в книгу блестящее эссе о Вавиле – старообрядце конца XVII в., учившемся в Сорбонне), на доступных ему архивно-рукописных материалах), С.А. Зеньковский воссоздал цельную картину возникновения и развития движения старообрядчества, дал яркие характеристики многим деятелям XVII в. Вслед за Пьером Паскалем рассматривал ставшую очевидной во второй четверти XVII в. необходимость обновления духовной жизни общества и церкви как следствие кризиса страны в Смутное время. В монографии подробное рассмотрение событий первой половины XVII в. дополнено более сжатым описанием истории старообрядчества и его внутреннего разделения во второй половине XVII – XVIII вв. Большое историко-литературное значение имеют наблюдения С.А. Зеньковского над автобиографическими повествованиями XVII в. и над Житием сподвижника Аввакума Епифания, чей автобиографический труд, как показал исследователь, предварил работу Аввакума над собственным Житием. С.А. Зеньковский восстановил круг чтения Епифания, выявил основные источники его Жития, рассмотрел художественную специфику этого текста как Жития-исповеди; установил также, что традиция автобиографического повествования XVII в. опиралась на автобиографические элементы в севернорусских Житиях предшествующих столетий. Учёный рассматривал старообрядческое движение как живой, развивающийся элемент русской культуры и с этой позиции подходил к изучению старообрядчества в XVIII–XIX вв., анализируя его как явление народной религиозной идеологии.