Va debutar amb l'Hospitalet el 1994, i d'allà va passar al filial del RCD Espanyol l'any següent.
Va debutar a Primera Divisió amb l'Espanyol el 1998, davant el Tenerife. Des de la temporada 2001-2002 milita a les files del Real Club Deportivo de La Coruña, al qual va arribar per un preu de 17 milions d'euros, fins avui, el fitxatge més car del club corunyès en tota la seva història. L'estiu de 2010 va acabar contracte amb el club gallec i no va renovar per poder emigrar al Llevant Unió Esportiva, club que havia tornat aquella temporada a la Lliga BBVA.
Sergio ha guanyat 2 Copes del Rei (2000 i 2002) i una Supercopa d'Espanya (2002). Destacable és també el seu paper en la consecució de la Copa del Rei del 2002, marcat el gol de la victòria contra el Reial Madrid en el conegut com centenariazo. A la Copa del Rei del 2000 també va aconseguir marcar el gol de la victòria.
Va ser el segon jugador en actiu amb més partits disputats a la lliga espanyola amb més de 400 partits, només superat per Raúl.
Als Països Catalans és conegut pel seu pas pel RCD Espanyol i per ser el capità i el jugador en actiu que més cops s'ha posat la samarreta de la selecció catalana.
Internacional en 16 ocasions (amb un parell de gols), és el jugador que més vegades ha vestit la samarreta del combinat català. D'ençà que va debutar el 1999 contra l'antiga Iugoslàvia només es va perdre el primer partit contra el Brasil.
El desembre de 2019 Sergio va ampliar el seu contracte a Pucela fins al 2022.[6] Després del descens el maig de 2021, fou cessat pel propietari del club, Ronaldo.[7]
L'11 de gener de 2022, Sergio va substituir Álvaro Cervera al Cadis CF de primera divisió.[8] En el seu primer partit quatre dies més tard, l'equip va empatar sense gols a fora contra l'Sporting de Gijón a la Copa del Rei, i en la tanda de penals es va classificar pels quarts de final per primer cop en la seva història.[9] González fou cessat el 20 de gener de 2024, després de quatre mesos sense guanyar, i amb l'equip tercer per la cua.[10][11]