Med annenplass på den siste etappen sikret han seg sammenlagtseieren med så mye som 3 minutter, 23 sekunder og 9 tideler ned til franskmannen Maurice Manificat.
Aldri tidligere har noen vunnet med så stor margin.
– Han var favoritt før de gikk inn i Tour de Ski og vinner veldig, veldig overbevisende, sier Astrid Uhrenholdt Jacobsen om Bolsjunovs seier i NRKs vinterstudio.
Seiersmarginen er 8,2 sekunder større enn hva tilfellet var i 2016, da Martin Johnsrud Sundby vant foran Finn Hågen Krogh.
Seieren er Bolsjunovs andre Tour de Ski-seier, etter at han også vant forrige sesongs utgave.
Denis Spitsov vant etappen og ble nummer tre sammenlagt, med ytterligere fire russere på de neste fire plassene.
Nordmennene skremmes av Bolsjunov: – Helt «insane»
Det russiske laget har vært helt overlegne på herresiden i årets Tour de Ski, og best av samtlige har Aleksandr Bolsjunov vært. 24-åringen hadde vært på pallen i samtlige syv renn før den avsluttende fellesstarten opp Alpe Cermis (også kjent som «Monsterbakken»), inkludert fem etappeseirer.
Bolsjunov ledet med hele 3.22 ned til Maurice Manificat før den avsluttende etappen, og hadde dermed også muligheten til å bli den som har vunnet Tour de Ski med størst margin. Da var han avhengig av å holde seg tett på blant andre Manificat, som fire ganger tidligere har vært blant de to raskeste på etappen opp alpinbakken.
Diggins i tårer etter overlegen Tour-triumf
Det franske laget satte fart fra bunn av bakken, med et kobbel av russiske løpere i rygg. Manificat prøvde selv å øke farten, men det var russeren Denis Spitsov som stakk fra i front og prøvde å hente inn de 28 sekundene han var bak franskmannen før etappen.
Det klarte ikke Spitsov, men han holdt unna og vant etappen, 13,3 sekunder foran Bolsjunov. Dermed vant Bolsjunov sammenlagt med historiens største seiersmargin, 3 minutter, 23 sekunder og 9 tideler foran Manificat.
Bolsjunov lå lenge et par sekunder bak Manificat på etappen og falt også i et av de bratteste partiene, men russeren hadde litt krefter igjen til avslutningen og spurtet seg forbi Manificat, som ble nummer tre på etappen.
– Det er mesterlig at han kommer opp derfra og kommer inn i en god rytme igjen, for det kunne vært seigt. Han kunne gjort mange feil i dag og likevel vunnet sammenlagt. Det handlet bare om å finne riktig vei, sier Uhrenholdt Jacobsen.
Spitsov kom seg opp på tredjeplass i sammendraget, 3,9 sekunder foran landsmannen Ivan Jakimusjkin.